SMT回流焊溫度曲线超详细讲解

SMT回流焊温度曲线超详细解读 升温 - 到 - 回流的回流温度曲线 许多老式的回流焊炉往往会以不同的速率加热装配中的不同零件，这取决于被回流焊接的零件以及线路板层的颜色和质地。装配中的某些区域可能会达到比其他区域高很多的温度，这种温度差异被称为装配的ΔT。如果ΔT较大，装配的某些区域可能会吸收过多热量，而其他区域则热量不足。这可能会导致多种焊接缺陷，包括焊锡球、不熔湿、元件损坏、空洞以及烧焦的残留物。

为何及何时需要保温 保温区的唯一目的是减小或消除较大的ΔT。在装配达到焊锡回流温度之前，保温可使装配上所有零件的温度趋于均衡，从而让所有零件同时回流。由于保温区并非必要，所以温度曲线可以转变为线性的升温 - 到 - 回流（RTS）回流温度曲线。 需要注意的是，保温区通常并不用于激活锡膏中的助焊剂化学成分。这是行业内普遍存在的一个错误观念，应当予以纠正。在使用线性的RTS温度曲线时，大多数锡膏的化学成分都能表现出充分的湿润活性。实际上，使用RTS温度曲线通常会改善湿润效果。

升温 - 保温 - 回流 升温 - 保温 - 回流（RSS）温度曲线可用于RMA或免洗化学成分，但一般不推荐用于水溶化学成分，因为RSS保温区可能会过早地破坏锡膏活性剂，导致湿润不充分。使用RSS温度曲线的唯一目的是消除或减少ΔT。 RSS温度曲线起始时会有一个陡坡式的温升，在90秒的目标时间内大约升温至150°C，最大升温速率可达2 - 3°C。随后，在150 - 170°C之间对装配板保温90秒钟；在保温区结束时，装配板的温度应达到均衡。保温区之后，装配板进入回流区，在183°C以上的回流时间为60(±15)秒钟。 整个温度曲线从45°C到峰值温度215(±5)°C持续3.5 - 4分钟。冷却速率应控制在每秒4°C。一般来说，较快的冷却速率能够得到更细的颗粒结构、更高的强度以及更光亮的焊点。然而，超过每秒4°C可能会造成温度冲击。 RTS温度曲线可用于任何化学成分或合金，是水溶锡膏以及难焊接的合金与零件的首选。RTS温度曲线相较于RSS有多个优点。RTS通常能得到更光亮的焊点，可焊性问题较少，因为在RTS温度曲线下回流的锡膏在预热阶段能够保持其助焊剂载体。这也有助于提高湿润性，所以，RTS应当用于难以湿润的合金和零件。 由于RTS曲线的升温速率受到严格控制，所以很少会出现焊接缺陷或温度冲击。此外，RTS曲线更经济，因为减少了回流焊炉前半部分的加热能量。再者，排除RTS的故障相对较为简单，有排除RSS曲线故障经验的操作人员应该能够轻松调节RTS曲线，以达到优化的温度曲线效果。 简单来说，RTS曲线是一条从室温到回流峰值温度逐渐上升的曲线，RTS曲线的温升区是装配的预热区，在此区域助焊剂被激活，挥发物被挥发掉，装配准备回流并防止温度冲击。RTS曲线典型的升温速率为每秒0.6 - 1.8°C。在升温的最初90秒钟内应尽可能保持线性。

设定RTS温度曲线 RTS曲线升温的基本原则是，曲线的三分之二部分应处于150°C以下。在这个温度之后，大多数锡膏内的活性系统开始迅速失效。因此，保持曲线的前段温度较低能够延长活性剂的保持时间，从而获得良好的湿润效果和光亮的焊点。 RTS曲线的回流区是装配达到焊锡回流温度的阶段。在达到150°C之后，应尽快达到峰值温度，峰值温度应控制在215(±5)°C，液化停留时间为60(±15)秒钟。在液化温度之上的这段时间将减少助焊剂夹渣和空洞现象，提高拉伸强度。和RSS一样，RTS曲线的长度也应该是从室温到峰值温度最大3.5 - 4分钟，冷却速率控制在每秒4°C。 排除RSS和RTS曲线的故障时，原则是相同的：根据需要调节温度和曲线温度的时间，以达到优化的结果。通常这需要反复试验，稍微增加或减少温度，然后观察结果。以下是使用RTS曲线时常见的回流问题以及解决方法。

焊锡球 许多细小的焊锡球会嵌在回流后助焊剂残留的周边。在RTS曲线上，这通常是升温速率过慢的结果，由于助焊剂载体在回流之前就已烧尽，从而发生金属氧化。这个问题通常可以通过略微提高曲线的温升速率来解决。焊锡球也可能是温升速率过快的结果，但对于RTS曲线来说这种情况不太可能，因为其温升相对较慢且较为平稳。

经常与焊锡球混淆的焊锡珠，是一颗或几颗较大的焊锡球，通常出现在片状电容和电阻周围。虽然这通常是丝印时锡膏过量堆积的结果，但有时也可以通过调节温度曲线来解决。和焊锡球一样，在RTS曲线上产生的焊锡珠通常也是升温速率过慢的结果。在这种情况下，缓慢的升温速率会引起毛细管作用，将未回流的锡膏从锡膏堆积处吸到元件下方。回流期间，这些锡膏形成锡珠，由于焊锡的表面张力将元件拉向电路板，锡珠被挤出到元件边缘。和焊锡球一样，解决焊锡珠问题的方法也是提高升温速率，直至问题解决。

熔湿性差 熔湿性差通常是时间与温度比率的结果。锡膏中的活性剂由有机酸组成，会随着时间和温度而退化。如果曲线过长，焊点的熔湿可能会受到损害。由于使用RTS曲线时锡膏活性剂通常维持的时间较长，所以熔湿性差的情况比RSS曲线更不容易发生。如果在RTS曲线下仍然出现熔湿性差的情况，应当采取措施确保曲线的前三分之二部分处于150°C以下。这将延长锡膏活性剂的寿命，从而改善熔湿性。

焊锡不足 焊锡不足通常是加热不均匀或加热过快的结果，这会使元件引脚过热，焊锡被吸到引脚上。回流后引脚看起来锡变厚了，而焊盘上则会出现少锡的情况。降低加热速率或者确保装配受热均匀将有助于防止这种缺陷。

墓碑 墓碑现象通常是熔湿力不相等的结果，使得回流后元件在一端翘起。一般来说，加热越慢、电路板越平稳，这种现象就越少发生。降低装配通过183°C时的温升速率将有助于纠正这一缺陷。

空洞 空洞是在锡点的X光或截面检查中经常发现的缺陷。空洞是锡点内的微小“气泡”，可能是被夹住的空气或者助焊剂。空洞通常是由三个曲线错误导致的：峰值温度不足；回流时间不够；升温阶段温度过高。由于RTS曲线的升温速率受到严密控制，空洞通常是前两个错误的结果，即未挥发的助焊剂被夹在锡点内。在这种情况下，为了避免空洞的产生，应当在空洞出现的位置测量温度曲线，并进行适当调整直至问题解决。

无光泽、颗粒状焊点 一个相对常见的回流焊缺陷是无光泽、颗粒状焊点。这种缺陷可能仅仅影响外观，但也可能是焊点不牢固的征兆。在RTS曲线内纠正这一缺陷时，应当将回流前两个区的温度降低5°C，同时将峰值温度提高5°C。如果这样做没有效果，那么应当继续这样调节温度，直至达到期望的结果。这些调节将延长锡膏活性剂的寿命，减少锡膏的氧化暴露，改善熔湿能力。

烧焦的残留物 烧焦的残留物虽然不一定是功能性缺陷，但在使用RTS温度曲线时可能会遇到。为了纠正这一缺陷，应当减少回流区的时间和温度，通常减少5°C。

结论 RTS温度曲线并非适用于所有回流焊接问题的万能方案，也不能用于所有的回流焊炉或所有的装配。然而，采用RTS温度曲线可以降低能源成本、提高效率、减少焊接缺陷、改善熔湿性能并简化回流工序。这并不是说RSS温度曲线已经过时，或者RTS曲线不能用于老式的回流焊炉。无论如何，工程师应当知道还有更好的回流温度曲线可供选择。

注：所有温度曲线均使用Sn63/Pb37合金，其共晶熔点为183°C。

群焊的温度曲线 制作温度曲线是一种很好的直观化方法，可以对回流焊接或波峰焊接工艺过程进行跟踪。通过绘制印刷电路装配（PCA）穿过回流焊炉时的时间 - 温度曲线，可以计算在任何给定时间所吸收的热量。只有当所有相关零件在正确的时间接收到正确的热量时，群焊才能达到理想效果。这并非一个容易实现的目标，因为零件通常具有不同的热容量，并且在不同的时间达到期望的温度。 我们经常会看到在一个PCA上存在不止一种大小的焊点，同一个温度曲线需要熔化不同数量的焊锡。需要考虑PCA的定位与方向、热源位置以及设备内均匀的空气循环等因素，以便为焊接点提供正确的热量。许多人从经验中得知，大型元件底部与PCA其他位置的温度差异是不容忽视的。

为什么获得正确的热量如此重要呢？当焊接点得不到足够的热量时，助焊剂可能无法完全激活，焊接合金可能无法完全熔化。在最终产品检查中，可能会观察到冷焊点、元件竖立、不湿润、焊锡球/飞溅等结果。另一方面，如果吸收过多热量，元件或电路板可能会被损坏。最终结果可能是元件爆裂或PCB翘曲，并且无法承受对长期产品可靠性的影响。

对于波峰焊接，装配已经部分安装了回流焊接的表面贴装元件。已经回流的焊接点可能会回到液化阶段，从而降低固态焊点的位置精度。 除了热量的数量之外，加热时间也很重要。PCA的温度必须以预先确定的速率从室温升高到液化温度，并且不能给装配带来严重的温度冲击。这个预热阶段，或者说升温阶段，还将在助焊剂完全被激活之前使其中的溶剂蒸发。重要的是要确保，在装配上升到焊接合金液化温度之前，装配上的所有零件以最大的预热温度达到温度平衡。这个预热有时被称为“驻留时间”或“保温时间”。 对于蒸发锡膏内的挥发性成分和激活助焊剂来说，这是很重要的。在达到液化温度之后，装配应当有足够的时间停留在该温度之上，以确保装配的所有区域都达到液化温度，从而适当地形成焊接点。如果装配中有表面贴装胶需要固化，固化时间和温度必须与焊接温度曲线相协调。 在焊接点形成之后，装配必须从液化温度冷却超过150°C到室温。同样，这必须以预先确定的速度完成，以避免温度冲击。稳定的降温将给予足够的时间让熔化的焊锡固化。这也将避免由于元件与PCB之间的温度膨胀系数（CTE）不同而对新形成的焊接点造成损坏。

SMT回流焊温度曲线是回流焊接工艺中的关键要素，不同类型的温度曲线具有各自的特点和适用范围。

1.     <！--[endif]-->回流温度曲线类型及原理

·       <！--[endif]-->升温 - 到 - 回流（RTS）温度曲线

1.     <！--[endif]-->适用范围广泛：可用于任何化学成分或合金，是水溶锡膏和难以焊接的合金与零件的首选。

2.     <！--[endif]-->优点众多：RTS曲线能够得到更光亮的焊点，可焊性问题较少。因为在预热阶段，锡膏能够保持其助焊剂载体，从而提高了湿润性，所以适用于难以湿润的合金和零件。而且由于升温速率受到控制，很少会造成焊接缺陷或温度冲击，还更经济，排除故障也相对简单。

3.     <！--[endif]-->曲线各阶段作用：温升区是装配的预热区，在此区域助焊剂被激活，挥发物被挥发，装配准备回流并防止温度冲击，典型的升温速率为每秒0.6 - 1.8°C，在升温的最初90秒内应尽可能保持线性；回流区是装配达到焊锡回流温度的阶段，在达到150°C之后，应尽快达到峰值温度，控制在215(±5)°C，液化停留时间为60(±15)秒钟。整个曲线从室温到峰值温度最大3.5 - 4分钟，冷却速率控制在每秒4°C。

·       <！--[endif]-->升温 - 保温 - 回流（RSS）温度曲线

1.     <！--[endif]-->适用局限：可用于RMA或免洗化学成分，但一般不推荐用于水溶化学成分，因为其保温区可能会过早破坏锡膏活性剂，导致湿润不充分。

2.     <！--[endif]-->曲线特点：起始时以陡坡式温升，在90秒的目标时间内大约升温至150°C，最大升温速率可达2 - 3°C。然后在150 - 170°C之间保温90秒钟，使装配板温度均衡，之后进入回流区，在183°C以上的回流时间为60(±15)秒钟。整个温度曲线从45°C到峰值温度215(±5)°C持续3.5 - 4分钟，冷却速率为每秒4°C。

·       <！--[endif]-->保温区的意义：保温区的目的是减小或消除装配上的温度差（ΔT），使所有零件同时回流。但对于线性的RTS曲线，保温区并非必要，并且保温区通常不需要用于激活锡膏中的助焊剂化学成分。

2.     <！--[endif]-->常见回流问题及RTS曲线中的解决办法

·       <！--[endif]-->焊锡球和焊锡珠：在RTS曲线上，通常是升温速率过慢导致助焊剂载体在回流前烧尽，发生金属氧化，有时也可能是升温速率过快（但对RTS曲线不太可能）。解决办法是略微提高曲线的温升速率。焊锡珠还可能是丝印时锡膏过量堆积的结果，但也可通过调节温度曲线解决。

·       <！--[endif]-->熔湿性差：在RTS曲线中，锡膏活性剂维持时间较长，熔湿性差不太容易发生，但如果出现，应保证曲线的前三分之二处于150°C以下，以延长锡膏活性剂寿命，改善熔湿性。

·       <！--[endif]-->焊锡不足：通常是加热不均匀或加热过快的结果，降低加热速率或确保装配均匀受热可防止该缺陷。

·       <！--[endif]-->墓碑：是熔湿力不相等的结果，降低装配通过183°C时的温升速率有助于校正。

·       <！--[endif]-->空洞：在RTS曲线中，由于升温速率受到严密控制，空洞通常是因为峰值温度不足或回流时间不够，造成未挥发的助焊剂被夹在锡点内。应在空洞出现的位置测量温度曲线并适当调整。

·       <！--[endif]-->无光泽、颗粒状焊点：在RTS曲线内可通过将回流前两个区的温度降低5°C、峰值温度提高5°C来改正，若不行则继续调节温度。

·       <！--[endif]-->烧焦的残留物：为纠正该缺陷，可减少回流区的时间和温度，通常减少5°C。

3.     <！--[endif]-->群焊的温度曲线要点

·       <！--[endif]-->热量和时间的重要性

1.     <！--[endif]-->热量：正确的热量对焊接至关重要。热量不足时，助焊剂不完全激活，焊接合金不完全熔化，会出现冷焊点、元件竖立、不湿润、焊锡球/飞溅等结果；热量过多则可能损坏元件或板，导致元件爆裂或PCB翘曲。

2.     <！--[endif]-->时间：加热时间同样重要。PCA温度从室温升高到液化温度的速率要预先确定，避免温度冲击。预热阶段让溶剂蒸发、激活助焊剂，装配上所有零件在上升到焊接合金液化温度之前要达到温度平衡。达到液化温度后，要有足够时间保证所有区域液化形成焊点。焊接点形成后，装配从液化温度冷却超过150°C到室温也要按预先确定的速度完成，避免温度冲击，稳定降温让熔化的焊锡固化，避免新形成的焊接点因元件与PCB之间的CTE不同而损坏。

·       <！--[endif]-->考虑多种因素：群焊时，一个PCA上可能有多种大小的焊点，同一个温度曲线要熔化不同数量的焊锡，需要考虑PCA的定位与方向、热源位置以及设备内均匀的空气循环等因素，以给焊接点提供正确的热量，大型元件底部与PCA其他位置的温度差异不容忽视。

RTS温度曲线有诸多优点，但不是解决所有回流焊接问题的万能方案，工程师应根据实际情况选择合适的温度曲线，并且无论是RTS还是RSS温度曲线，在整个回流焊接工艺中，都需要精确控制各个参数以确保焊接质量。