升溫(wen)-到-回流(liu)的回流(liu)溫度曲(qu)線

　　許多舊式的爐傾向于以(yi)不同速率來(lai)加(jia)熱一(yi)個(ge)裝配(pei)(pei)上的不同零(ling)件，取決于回(hui)流焊接的零(ling)件和線路板層(ceng)的顏色和質地。一(yi)個(ge)裝配(pei)(pei)上的某些區域可(ke)以(yi)達(da)到比其(qi)它區域高得多的溫度，這個(ge)溫度變化叫做裝配(pei)(pei)的D T。如果D T大，裝(zhuang)配的有(you)些區域可能吸(xi)收過多(duo)熱量，而(er)另一些區域則熱量不夠。這可能引起許多(duo)焊(han)接缺(que)陷，包括焊(han)錫球、不熔(rong)濕、損(sun)壞元件(jian)、空洞和燒焦的殘留物。

為(wei)什(shen)么和(he)什(shen)么時候保溫

　　保溫(wen)區的(de)(de)(de)唯一目的(de)(de)(de)是減少或消(xiao)除大(da)的(de)(de)(de)D T。保溫(wen)應該在(zai)裝(zhuang)配(pei)達(da)到焊錫(xi)回流(liu)溫(wen)度之前，把裝(zhuang)配(pei)上(shang)所有零件(jian)的(de)(de)(de)溫(wen)度達(da)到均衡，使得所有的(de)(de)(de)零件(jian)同時(shi)回流(liu)。由(you)于保溫(wen)區是沒(mei)有必要的(de)(de)(de)，因此溫(wen)度曲線可以改成(cheng)線性的(de)(de)(de)升(sheng)溫(wen)-到-回(hui)流(RTS)的(de)回流溫度曲線。

應該注意到，保溫區一般是不需要用來激化錫膏中的助焊劑化學成分。這是工業中的一個普遍的錯誤概念，應予糾正。當使用線性的RTS溫度曲線時，大多數錫膏的化學成分都顯示充分的濕潤活性。事實上，使用
RTS溫度(du)曲線一般都會改善濕(shi)潤。

升溫(wen)-保溫(wen)-回流(liu)

　　升溫(wen)-保溫(wen)-回流(RSS)溫度(du)曲線可用于RMA或免洗化(hua)學成分，但一般不推薦用(yong)于水溶化(hua)學成分，因為RSS保溫(wen)區可能過早地(di)破壞(huai)錫膏活性劑，造成不充(chong)分(fen)的濕潤(run)。使(shi)用(yong)RSS溫度曲(qu)線(xian)的(de)唯一目(mu)的(de)是消(xiao)除或減少D T。

　　RSS溫度曲線開始以一(yi)個(ge)陡坡溫升，在90秒的(de)目(mu)標時間內大約150°
C，最大速(su)率可達2~3°
C。隨(sui)后，在150~170°
C之間，將裝配(pei)板(ban)保溫90秒鐘；裝(zhuang)配(pei)板(ban)在保溫(wen)區結束時應該(gai)達到(dao)溫(wen)度均衡。保溫(wen)區之后，裝(zhuang)配(pei)板(ban)進(jin)入(ru)回流區，在183°
C以上回流時間(jian)為(wei)60(±
15)秒鐘。

整個溫度曲線應該從45°
C到峰(feng)值(zhi)溫度215(±
5)°
C持續3.5~4分(fen)鐘。冷卻速率應(ying)控制(zhi)在每秒4°
C。一般，較(jiao)快的(de)冷卻速率可(ke)(ke)得(de)到較(jiao)細(xi)的(de)顆粒結(jie)構和較(jiao)高強度(du)與較(jiao)亮的(de)焊接(jie)點。可(ke)(ke)是(shi)，超過每秒4°
C會造成溫度沖(chong)擊。

　　RTS溫度曲線可用于任何化學成分或合金，為水溶錫膏和難于焊接的合金與零件所首選。
RTS溫度曲線比RSS有幾個優點。RTS一般得到更光亮的焊點，可焊性問(wen)題很少，因為在RTS溫(wen)度曲(qu)線下回流的錫(xi)膏在預(yu)熱階段保持住其(qi)助(zhu)焊劑載體。這(zhe)也將更(geng)好地提高濕潤性，因(yin)此，RTS應(ying)該用于難(nan)于濕潤(run)的(de)合(he)金和零(ling)件。

　　因為RTS曲線的升(sheng)溫速率是(shi)如此受控的，所(suo)以很少機(ji)會造成焊接(jie)缺陷(xian)或溫度沖擊。另外，RTS曲線更(geng)經濟(ji)，因為減(jian)少了(le)爐前半(ban)部分的加熱能量。此(ci)外，排除(chu)RTS的故(gu)障相對(dui)比較簡單，有(you)排除(chu)RSS曲線(xian)故障(zhang)經(jing)驗的操作員應(ying)該沒有(you)困難來調(diao)節RTS曲線，以達到優(you)化的溫(wen)度(du)曲線效果。

　　RTS曲線簡單地說就是一條從室溫到回流峰(feng)值溫度(du)的溫度(du)漸(jian)升曲線，RTS曲線(xian)溫(wen)升區其(qi)作(zuo)用是(shi)裝配的預熱區，這里助焊劑被(bei)激化，揮發(fa)物被(bei)揮發(fa)，裝配準(zhun)備(bei)回流，并(bing)防止溫(wen)度(du)沖擊(ji)。RTS曲(qu)線典型的(de)升(sheng)溫速(su)率為每秒(miao)0.6~1.8°
C。升溫的(de)最初(chu)90秒鐘應該盡可能保持線性。

設(she)定RTS溫度曲線

　　RTS曲線(xian)(xian)的升溫基本原則是，曲線(xian)(xian)的三分之二在150°
C以下(xia)。在這個溫度后，大(da)多數錫膏內(nei)的活性系統開始很(hen)快失效。因此，保持曲(qu)線(xian)的前(qian)段冷一(yi)些(xie)將(jiang)活性劑保持時間長(chang)一(yi)些(xie)，其結果是良好的濕潤和光(guang)亮的焊接點。

　　RTS曲線回(hui)流區是裝配達到(dao)焊錫回(hui)流溫度的階段。在達到(dao)150°
C之(zhi)后，峰(feng)值溫度應盡快地達到，峰(feng)值溫度應控(kong)制(zhi)在215(±
5)°
C，液化居留時間為(wei)60(±
15)秒(miao)鐘(zhong)。液化之上的這個時間將減少助焊劑受(shou)夾和空洞(dong)，增加拉伸強度。和RSS一樣，RTS曲線長(chang)度(du)也應該是(shi)從室溫到(dao)峰值(zhi)溫度(du)最大3.5~4分鐘(zhong)，冷卻速率控制在(zai)每秒4°
C。

　　排除RSS和RTS曲線(xian)的故障(zhang)，原(yuan)則是相同(tong)的：按需要，調節溫(wen)度(du)和曲線(xian)溫(wen)度(du)的時間，以達到優化的結果(guo)。時常，這要求(qiu)試驗(yan)和出錯(cuo)，略增加或減(jian)少溫(wen)度(du)，觀察結果(guo)。以下(xia)是使用RTS曲線遇見的普遍回流問題，以及(ji)解決辦法。

焊錫球(qiu)

　　許多細小(xiao)的焊(han)錫球(qiu)鑲(xiang)陷在(zai)回(hui)流(liu)后(hou)助(zhu)焊(han)劑殘留的周邊上(shang)。在(zai)RTS曲(qu)線上(shang)，這(zhe)個通常是升溫(wen)速(su)(su)率太慢的結果，由于助(zhu)焊(han)劑載體在(zai)回(hui)流(liu)之(zhi)前燒(shao)完，發生(sheng)金屬(shu)氧化。這(zhe)個問題一(yi)般(ban)可通過曲(qu)線溫(wen)升速(su)(su)率略微提高(gao)達到解決。焊(han)錫球(qiu)也可能是溫(wen)升速(su)(su)率太快的結果，但是，這(zhe)對RTS曲線(xian)不大(da)可能(neng)，因為其相對較慢(man)、較平穩的溫升。

　　經常(chang)(chang)與焊(han)錫(xi)球混(hun)淆，焊(han)錫(xi)珠(zhu)是(shi)一(yi)顆(ke)或(huo)一(yi)些(xie)大的(de)(de)焊(han)錫(xi)球，通(tong)常(chang)(chang)落在片狀電容和(he)(he)電阻周圍。雖然這(zhe)常(chang)(chang)常(chang)(chang)是(shi)絲印時錫(xi)膏(gao)過量(liang)堆(dui)積(ji)的(de)(de)結果(guo)，但有(you)時可(ke)以調節溫度曲(qu)(qu)線解(jie)決(jue)。和(he)(he)焊(han)錫(xi)球一(yi)樣(yang)，在RTS曲(qu)(qu)線上產生的(de)(de)焊(han)錫(xi)珠(zhu)通(tong)常(chang)(chang)是(shi)升溫速率(lv)太慢的(de)(de)結果(guo)。這(zhe)種情況(kuang)下(xia)，慢的(de)(de)升溫速率(lv)引起毛細管作用，將未(wei)回流的(de)(de)錫(xi)膏(gao)從焊(han)錫(xi)堆(dui)積(ji)處吸到元件(jian)下(xia)面(mian)(mian)。回流期間，這(zhe)些(xie)錫(xi)膏(gao)形成錫(xi)珠(zhu)，由于焊(han)錫(xi)表面(mian)(mian)張力將元件(jian)拉向機(ji)板，而被擠出到元件(jian)邊。和(he)(he)焊(han)錫(xi)球一(yi)樣(yang)，焊(han)錫(xi)珠(zhu)的(de)(de)解(jie)決(jue)辦法也是(shi)提高升溫速率(lv)，直到問題解(jie)決(jue)。

熔濕性差

　　熔濕(shi)性(xing)差經常(chang)是(shi)時間(jian)與溫(wen)度比(bi)率的(de)(de)結果。錫(xi)膏內的(de)(de)活性(xing)劑(ji)由有機酸組成，隨時間(jian)和(he)溫(wen)度而退化(hua)。如果曲線太(tai)長，焊接點的(de)(de)熔濕(shi)可能受(shou)損害。因(yin)為使用(yong)RTS曲線，錫(xi)膏活性(xing)劑(ji)通常(chang)維(wei)持(chi)時間(jian)較長，因(yin)此(ci)熔濕(shi)性(xing)差比(bi)RSS較不易發生。如果RTS還(huan)出現熔濕性差，應采取步驟(zou)以(yi)保證曲線的(de)前面三分之二發生在150°
C之下。這將(jiang)延長錫膏(gao)活性劑的(de)壽命，結果改善熔濕性。

焊錫不足(zu)

　　焊錫(xi)不(bu)足通常是不(bu)均勻加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)或(huo)過快加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)的結果，使得元件引腳太熱(re)(re)(re)，焊錫(xi)吸上(shang)(shang)引腳。回流后(hou)引腳看(kan)到去錫(xi)變(bian)厚，焊盤上(shang)(shang)將出現(xian)少錫(xi)。減(jian)低(di)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)速率或(huo)保證裝(zhuang)配的均勻受熱(re)(re)(re)將有助于防止該缺陷。

墓碑

　　墓碑通常是不相等的熔濕力的結果，使得回流后元件在一端上站起來。一般，加熱越慢，板越平穩，越少發生。降低裝配通過183°
C的溫升速率將有助于校正這個缺陷。

空洞

　　空洞是錫點的(de)X光或(huo)截(jie)面(mian)檢查通常所(suo)發現的(de)缺(que)陷。空洞是錫點內的(de)微(wei)小“氣泡” ，可能(neng)是被夾住的(de)空氣或(huo)助焊劑。空洞一(yi)般由(you)三個曲線錯誤所(suo)引起：不(bu)夠峰值溫(wen)度(du)；回(hui)流時間不(bu)夠；升溫(wen)階段溫(wen)度(du)過高。由(you)于RTS曲線(xian)升溫速率是嚴密控制的(de)(de)(de)，空洞(dong)通(tong)常是第(di)一(yi)或第(di)二個錯誤的(de)(de)(de)結果，造成沒揮(hui)發的(de)(de)(de)助(zhu)焊劑被夾住在錫(xi)點內(nei)。這種情況(kuang)下(xia)，為了避免空洞(dong)的(de)(de)(de)產生(sheng)，應在空洞(dong)發生(sheng)的(de)(de)(de)點測量溫度曲線(xian)，適當調整直到問題解決。

無(wu)光澤、顆粒(li)狀焊點

　　一個相對(dui)普遍的(de)回(hui)流焊(han)缺(que)陷是無光澤、顆粒狀焊(han)點。這個缺(que)陷可能(neng)只是美觀(guan)上(shang)的(de)，但也可能(neng)是不牢(lao)固焊(han)點的(de)征兆。在(zai)RTS曲線內改正這個缺(que)陷，應該將回(hui)流前兩個區的(de)溫度(du)減少(shao)5°
C；峰值溫度提高5°
C。如果這(zhe)樣還不行，那么，應繼續這(zhe)樣調節溫度(du)直到(dao)達到(dao)希望(wang)的(de)結果。這(zhe)些調節將延長錫膏活性劑壽命，減少(shao)錫膏的(de)氧(yang)化暴露，改善熔濕(shi)能力。

燒焦(jiao)的殘(can)留物

　　燒焦的殘留物，雖然(ran)不一定是(shi)功能(neng)缺(que)陷(xian)，但可(ke)能(neng)在使用RTS溫度曲線時(shi)遇見。為了糾正該缺(que)陷(xian)，回流區(qu)的時(shi)間和溫度要(yao)減少(shao)，通常5°
C。

結論

　　RTS溫(wen)度曲線不是適(shi)于每一個回流焊接(jie)問題的萬靈藥，也不能(neng)用于所有的爐(lu)或所有的裝配(pei)。可是，采用RTS溫(wen)度曲(qu)線可以減少能(neng)源成本、增加(jia)效率(lv)、減少焊接缺陷、改善熔濕(shi)性能(neng)和簡化回流工序。這并不是說RSS溫度曲線(xian)已變得過時，或者(zhe)RTS曲(qu)線不能(neng)用(yong)于(yu)舊式的(de)爐。無論(lun)如何(he)，工程師應該知道還有(you)更好的(de)回流溫度曲(qu)線可以利用(yong)。

　　注：所(suo)有溫度曲線都是使用Sn63/Pb37合金，183°
C的共晶熔點。

群焊(han)的(de)溫度曲線

　　作(zuo)溫(wen)度(du)曲線是一個(ge)很(hen)好的(de)(de)直觀化方(fang)法，保持(chi)對回(hui)流(liu)焊接或(huo)波峰焊接工藝(yi)過程的(de)(de)跟蹤。通過繪(hui)制當印刷電路(lu)裝配(PCA)穿過爐子時的(de)(de)時間(jian)(jian)溫(wen)度(du)曲線，可以計算在任何給定時間(jian)(jian)所吸收的(de)(de)熱量。只(zhi)有(you)當所有(you)涉及的(de)(de)零件(jian)在正確(que)的(de)(de)時間(jian)(jian)暴露(lu)給正確(que)的(de)(de)熱量時，才可以使群焊達到完善。這(zhe)不(bu)是一個(ge)容易(yi)達到的(de)(de)目標，因為零件(jian)經常有(you)不(bu)同的(de)(de)熱容量，并在不(bu)同的(de)(de)時間(jian)(jian)達到所希望的(de)(de)溫(wen)度(du)。

　　經常我們看到(dao)在一(yi)個PCA上不只一(yi)種大小的(de)焊點，同(tong)一(yi)個溫度曲線要熔化不同(tong)數量的(de)焊錫。需(xu)要考慮(lv)PCA的(de)定位(wei)與方(fang)向、熱源位(wei)置與設備內均勻的(de)空氣循環，以(yi)給焊接(jie)點輸送(song)正確的(de)熱量。許多人從(cong)經驗中了解到，大型元件底部與PCA其它位置的(de)溫度(du)差別是不容(rong)忽(hu)視的(de)。

　　為什么得到正確的熱(re)量是如(ru)此重要呢(ni)？當焊接點(dian)(dian)不得到足(zu)夠的熱(re)量，助焊劑可(ke)能(neng)不完全(quan)激(ji)化，焊接合金可(ke)能(neng)未完全(quan)熔化。在最終(zhong)產品檢查中，可(ke)能(neng)觀察到冷(leng)焊點(dian)(dian)(cold solder)、元(yuan)件豎立(tomb-stoning)、不(bu)濕潤(run)(non-wetting)、錫球/飛濺(solder ball/　splash)等(deng)結果。另(ling)一方(fang)面，如果吸收(shou)太多熱(re)量，元件或(huo)板可能被損壞(huai)。最(zui)終結果可能是(shi)元件爆裂或(huo)PCB翹(qiao)曲，同時不能經(jing)受對長期的(de)(de)產品(pin)可(ke)靠性(xing)的(de)(de)影響。

　　對于波峰焊(han)接(jie)，裝配已經部分地(di)安裝了回(hui)流焊(han)接(jie)的(de)表面貼裝元件(jian)。已回(hui)流的(de)焊(han)接(jie)點可能(neng)回(hui)到(dao)一個液化(hua)階(jie)段，降(jiang)低固態焊(han)點的(de)位置精度(du)。

　　除(chu)了熱的(de)數(shu)量之外，加(jia)熱時(shi)間(jian)(jian)也是(shi)重要的(de)。PCA溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度必須以(yi)預(yu)先(xian)決定的(de)速(su)率從室溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)提高(gao)到液化溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度，而不能(neng)給裝配(pei)帶來(lai)嚴重的(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度沖擊。這(zhe)個預(yu)熱，或(huo)升溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)階段也將在助焊劑完全被(bei)激化之前讓其(qi)中的(de)溶(rong)劑蒸發。重要的(de)是(shi)要保證(zheng)，裝配(pei)上的(de)所有零(ling)件在上升到焊接合金液化溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度之前，以(yi)最大的(de)預(yu)熱溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度達到溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度平(ping)衡。這(zhe)個預(yu)熱有時(shi)叫作(zuo)“駐留時(shi)間(jian)(jian)”或(huo)“保溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)間(jian)(jian)”。

　　對于蒸(zheng)發錫膏內的(de)揮發性成分和(he)激化助焊劑是重要(yao)的(de)。在達(da)到液(ye)化溫(wen)度(du)(du)之后(hou)，裝(zhuang)配(pei)(pei)應該有足(zu)夠的(de)時間停留在該溫(wen)度(du)(du)之上，以保證(zheng)裝(zhuang)配(pei)(pei)的(de)所有區域都達(da)到液(ye)化溫(wen)度(du)(du)，適當(dang)地形成焊接(jie)點。如果在裝(zhuang)配(pei)(pei)中有表(biao)面貼裝(zhuang)膠要(yao)固(gu)化，固(gu)化時間和(he)溫(wen)度(du)(du)必須與焊接(jie)溫(wen)度(du)(du)曲線協(xie)調。

　　在焊接點(dian)形成之后，裝配必須從液(ye)化溫度冷卻超過150°C到室(shi)溫(wen)。同樣(yang)，這(zhe)必須一預先確定的(de)速度(du)來完成，以避免溫(wen)度(du)沖擊。穩定的(de)降溫(wen)將(jiang)(jiang)給足夠的(de)時間(jian)讓熔化(hua)(hua)的(de)焊(han)錫(xi)固化(hua)(hua)。這(zhe)也將(jiang)(jiang)避免由于元件(jian)與(yu)PCB之間的溫度(du)膨(peng)脹系數(CTE)不同所產(chan)生(sheng)的力對新形成(cheng)的焊接點(dian)損壞。原創：SMT頂級人脈圈

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