炉温测试仪调温度曲线的最佳方案

炉温测试仪调温度曲线的最佳方案

锡膏接合行为的优劣受温度曲线影响是无庸置疑的，一般，温度曲线取决于PCB的复杂程度和回焊炉的加温特性而定。事实上，锡膏并未存在特定的加温曲线，各厂商所提供的建议值仅能当作参考。藉助测温器则可方便调整欲得之温度曲线。

关于广为使用且利于调整温度、,信赖度高之热对流式（Convection）等回焊炉设备，其它参考数据中皆有提及与其性能之比较。此篇文章主要着眼于锡膏材料在各个回焊阶段的变化；包括所产生之加热曲线及不同锡膏组成所造成的影响。

锡膏回焊的各个阶段：

欲探讨回焊曲线，较符合逻辑思考的方式是从回焊过程的末段向前段依序探讨。这是因为整个温度曲线的焦点集中在锡膏融化、润湿与散布等过程，此一过程几乎是回焊过程的最终步骤。图1则显示锡膏回焊的各个阶段，将在下文分开探讨：

融锡凝固区（D区）

只要锡膏中的粉末颗粒熔化，并能润湿待接合的表面，则冷却速率愈快愈好，如此一来，可得表面光亮之焊点、较小接触角且接合形状良好。冷却速率慢会使较多基材物质熔入锡膏中，产生粗糙或空焊之接点。甚者，所有接头端金属皆会溶解造成抗润湿或是焊点强度不佳。当接点处之融锡未完全凝固前遭受振动，会使焊点完整性变差。

锡膏熔化区（C区）

回焊之尖峰熔锡温度是使PCB高于锡膏所熔化的温度，尖峰温度的选择为温度曲线中的核心过程。若温度不够高，则锡膏无法熔化；若温度过高，则会受热而损坏。后者可藉由锡膏的残留物是否呈焦炭状、PCB的变色/棕化或零件的功能失效等方面判断。理想的回焊尖峰温度的选择是使锡膏颗粒能合并成一液态锡球并润湿待接合之表面，润湿现象会伴随着毛细现象的进行，此一过程相当迅速。锡膏中的助焊剂有助于合并和润湿的进行，但金属表面的氧化物及回焊炉中的氧气却会阻碍此一过程的进行。温度愈高，助焊剂的作用愈强，但同时在回焊炉中遭受氧化的机会亦愈高。

锡膏熔化后的黏滞度和表面张力随温度升高而降低，可使润湿效果增快，因此，须选择一最佳的尖峰温度和时间搭配，用以减少尖峰区域的覆盖面积。典型的60Sn、63Sn和62Sn合金，其尖峰温度是选择210O C或230O C，并维持30~60秒。理想的回焊曲线是PCB上各点的尖峰温度一致，欲达到此一目的，在PCB 进入融锡区前的温度最好达到一致。

持温区（B区）

许多人皆认为须将锡膏置于某一特定之”活化”温度下，使锡膏中的成分能消除锡膏颗粒表面及待接合之表面的氧化物。松香制造商也会将此温度列于使用说明中。

锡膏之助焊剂的主要成分为松香与稀释剂混合物。一般稀释剂的沸点约125~250O C，如此在印刷及零件置放时便不会很快硬化。回焊过程中，稀释剂则会不断的从锡膏中挥发出来。

松香含有天然松香与合成松香之混合物，为锡膏中主要的活化系统。松香熔化后，其活化的作用较为明显，并能流动至待接合的焊接表面上。其余添加的活性剂则会溶于熔融的松香中而随处流动。

松香一般在70~100O C甚至120O C开始软化并流动，残留之稀释剂及熔化后的

活性剂会稍微影响此软化温度、及松香熔化后的流动性，但其作用并不明显。助焊剂要称得上是有”活化”的效果时，是指松香熔化后形成融池包覆着待接合表面。在松香熔化之前，活性剂先溶于松香时即可与锡膏颗粒表面氧化物作用并在熔锡区到达前完成清洁焊接表面的功能。助焊剂的清洁效果如化学反应定律一般，温度愈高时，清洁的效果愈加。但与松香接触之各点并不确定何时与何处会开始发生清洁反应。因此，持温区目的除确保活性剂能完成其功用外，亦尚有其它方面的优点。

持温区的目的在保证PCB上的各部位在到达尖峰融锡区前的温度一致。如果板子的零件设计特别简单，且回焊炉的均温效果良好，此情况下，甚至不需要持温，板子进入回焊炉中到达锡膏熔化的时间便足使稀释剂挥发、且松香和活化剂完成其清洁接合表面的作用。但PCB上若有极大之温差，则需要持温在某一温度下，使升温较慢之区域能藉由热传导作用而使温度到达一致；然而温差较小的板子，单一持温区域就足够，较复杂的板子则需要二段或以上的持温区域。除非PCB上的温差很大，须要利用持温区的设计作调节，否则，持温区的时间便会过长，且助焊剂也会因氧化而耗尽。

决定持温的温度和阶段是取决于PCB设计的复杂性及回焊炉之热对流特性优劣而定，通常选择70~100O C 或150O C，但并非固定不变之温度，如果板子特别复杂，板子选择在松香软化温度下的持温温度较好，如此，可减少助焊剂熔化后的持温时间。特殊情况下选用105O C持温可使尖峰融锡区域的时间达到最短。但大多数选用100~120O C单一阶段持温。

初始升温区（A区）

初始的升温阶段目的是在二个限制条件下由室温迅速的加热，一是升温速率不可快致使PCB或零件损坏，二是不可使稀释剂急速的挥发造成四溅。但对多数锡膏而言，稀释剂并无法很快的挥发，因为其高沸点使锡膏不致在印刷过程中

硬化。升温速率的限制一般是零件制造商所建议，一般订定在4O C/sec以下，以防止产生热应变造成损坏，通常，升温速率介于1~3O C/sec之间，如前所述，如果PCB上的温差不大时，则升温阶段可直达至尖峰融锡区域的起点。

结论：

回焊过程并不应局限一特定之温度曲线，改变锡膏中的一种元素也许就需要一组不同的温度曲线，温度曲线并无秘密可言，仅需要时间与系统化的尝试即可。