PCB回流焊温度曲线的设定及优化

1、PCB回流焊温度曲线的设定及优化摘 要：本文介绍了回流焊各温区温度曲线， 详 细介绍了实际温度曲线的设置和优化处理，为回流焊 参数设置提供了理论依据，从而避免了焊接过程中缺 陷的发生，保证了焊接质量，提高产品的合格率。关键词1 引言最近几年，SMT生产技术已发生了巨大的变化， 回流焊机作为SMT中个关键设备， 它的正确使用无流焊 回流炉 温度曲线 SMT 热电偶，从而新的挑 战也不断出现。实践证明，优化合格的回流焊温度曲 线可大大减少焊接缺陷，提高产品的直通率。不合格 的回流焊温度曲线会产生不可接受的焊点、失效的元 件和整体更低的可靠性。所以探讨回流焊温度曲线设 置和优化非疑能够进一步确保产品

2、的焊接质量。虽然 PCB的回流 焊接工艺被认为是一种非常成熟的技术，但是随着产 品变的越来越复杂， 元件尺寸从 01005 到 50X50 都有， 且分布在组装密度非常高的双面 PCB常有必要的。本文将描述回流焊温度曲线设置和优化的一些方法和技巧。2 回流焊温度曲线各个区段介绍通常把这个曲线分成四个区域，就得到了 PCB在 通过回流焊炉时某一个区域所经历的时间。在这里斜 率表示PCB受热后升温的速率，它是温度曲线中重要 的工艺参数。图 1 中四个区段，分别为定义为升温区， 预热恒温区，焊接区，冷却区。2.1升温区PCB进入回流焊链条，从室温开始受热到150 C的 区域叫做升温区。升温区的时间设

3、置在 60-90S斜率 控制在1-3 C /S之间。2.2 预热恒温区预热恒温区PCB表面温度由150C平缓上升至 200C,时间窗口在 60S-120S之间。PCB板上各个部 分缓缓受到热风加热，温度随时间缓慢上升，斜率在 0.3-0.8C/S 之间。2.3 焊接区回流区的温度最高， SMA 进入该区后迅速升温， 并超出锡膏熔点约30-40C,即板面温度瞬时达到 210-230C （此温度又称之为峰值温度），时间约为 20-30S。2.4 冷却区 焊点温度从液相线开始向下降低的区段称为冷却区。这一区域锡膏中的铅粉已经熔化并充分润湿了被 焊接的表面，快速冷却会得到明亮的焊点并有良好的外形及低的

4、接触角。冷却速率一般为 3-10 C /So3 回流焊温度曲线测试3.1 热电偶使用说明 热电偶是温度控制和达到工艺路线的必备工具， 分为温区热偶和曲线测试热偶，温区热偶位于不锈钢 热风加热室，固定不动，曲线热偶一般要求与P CB表面连接，否则会导致热电偶的测量值偏离 PCB表面度， 从而测试出不适合的温度曲线。另外热电偶的灵敏度 应是较大的，需要热容小、尺寸细小的热偶，否则将 直接影响热电偶测量值的真实性。3.2曲线测试回流温度曲线的测试，一般采用能?S电路板一同进入炉内的炉温测试仪进行测试，测试后将数据通过 输出接口输入计算机，通过专用测试软件进行曲线数 据分析处理，然后打印出温度曲线。测

5、试注意事项： 测试点一般至少选取三点，能反映电路板组件上高、 中、低温部位的温度变化。回流炉开启后至少运行 30分钟方可进行温度曲线的测试和生产。由于各个 测试点的温度曲线会存在差异，所以要依据预热的温 度时间、回流峰值温度、回流时间以及升降温速率等 综合因素考虑对设备的调整。在设备变更、产品变 更时，要重新进行温度曲线的测试。3 回流温度曲线的设定分析温度曲线是施加于电路板上的温度对时间的函数， 几个参数影响曲线的形状 ，其中最关键的是传送带速 度和每个区的温度设定。带速决定基板暴露在每个区 所设定的温度下的持续时间，增加持续时间可以允许 更多时间使基板接近该区的温度设定。锡膏活性温度、合金

6、熔点和所希望的回流最高温度。大多数锡膏 都能用四个温区成功回流。当最后的曲线图尽可能与 所希望的图形相吻合时，应该把炉的参数记录并储存 以备后用。4 回流焊温度曲线各个区段优化分析4.1 升温区温度与时间关系分析优化该区的目标是在达到两个特定目的的同时。 把板 子从室温尽快地加热和提升。但快速加热不能快到造决定每个区的温度设定 ，必须要了解实际的区间 温度不一定就是该区的显示温度。显示温度只是该区 内热敏电阻的温度 ，如果热电偶越靠近热源 ，显示 的温度将比区间温度高 ，热电偶越靠近电路板的直接 通道，显示的温度将越能反映区间温度。实际操作中 要了解清楚显示温度与实际区间温度的关系。锡膏特 性

7、参数表也是必要的 ，其包含的信息对温度曲线至关 重要。如：所希望的温度曲线持续时间、成板子或零件的损坏， 也不应引起助焊剂溶剂的爆失。 对大多数的助焊剂来说，这些溶剂不会迅速地挥发， 因为它们必须有足够高的沸点来防止这焊膏在印刷过 程中变通常电路板和元器件的加热速率为1-3C/S连续 上升 ， 如果过快，会产生热冲击，电路板和元器件 都可能受损，如陶瓷电容的细微裂纹。而温度上升太 慢 ，锡膏会感温过度， 溶剂挥发不充分， 影响焊接质 量。通常零件制造商会推荐加热速率的极限值。一般 都规定一个最大的值4C/S以防止热应力造成的零件 损坏。更普遍的加热速率一般是1-3C /S。4.2 预热恒温区温

8、度与时间分析优化 预热恒温区最主要的目的是保证电路板上的全部 元件在进入焊接区之前达到相同的温度，电路板上的 元件吸热能力通常有很大差别， 有时需延长保温周期， 但是太长的保温周期可能导致助焊剂的丧失，导致在 焊接区器件与焊料无法充分的结合与润湿，减弱焊膏 的上锡能力 ，太快的温度上升速率会导致溶剂的快速 气化，可能引起吹孔、锡珠等缺陷。而过短的保温周 期又无法使活性剂充分发挥功效 ，也可能造成整个电 路板预热温度的不平衡， 从而导致不沾锡、焊后断开、 焊点空洞等缺陷 ，所以应根据电路板的设计情况及回升的速率低流炉的对流加热能力来决定保温周期的长短及温度值。一般保温区的温度在150-200C之

9、间，于2C /S，这个区的加热时间一般占整个温度曲线时间的30%50%。4.3焊接区温度与时间分析优 化焊接区是把电路板带入铅锡粉末熔点之上，让铅 锡粉末微粒结合成一个锡球并使被焊金属表面充分润 湿。结合和润湿是在助焊剂帮助下进行的，温度越高 助焊剂效率越高，粘度及表面张力则随温度的升高而 下降 ，这促使焊锡更快地湿润。 但过高的温度可能使 电路板承受热损伤， 并可能引起铅锡粉末再氧化加速、 焊膏残留物烧焦、电路板变色、元件失去功能等问题 的产生。而过低的温度会使助焊剂效率低下，可能使 铅锡粉末处于非焊接状态而增加生焊、虚焊发生的机 率，因此应通过反复实验找到理想的峰值与时间的最 佳结合。在焊

10、接区曲线的峰值一般为 210-230C,超 过铅锡合金熔点温度179C的持续时间应维持在20-30S之间。这个区的加热速率一般为 1.2-35C /S, 加热时间一般占整个温度曲线时间的30%50%。中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿了4.4 冷却区温度与时间分析优化 冷却区焊膏被焊接表面，快速度地冷却会得到明亮的焊点并有好 的外形及低的接触角度。缓慢冷却会使板材溶于焊锡 中而生成灰暗和毛糙的焊点，并可能引起沾锡不良以 及减弱焊点结合力的问题。冷却区降温速率一般为 310C/ S,冷去卩至75C即可，此区冷去卩时间占整个 温度曲线时间的 15%左右。5 结论随着电子产业的飞速发展， 高集成度、 高

11、可靠性 已经成为电子行业的主流技术。在这种趋势的推 ?酉 拢？SMT也得到了进一步的推广和发展。很多电子产品 在生产和研发中已经大量的应用了 SMT工艺和表面贴 装元器件，因此焊接过程也就无法避免地大量使用回 流焊机。根据回流焊原理，设置及优化好合理的温度 曲线是保证焊接质量的重要环节之一。通过对温度曲 线的建立，可以为回流炉参数的设置提供准确的理论 依据，不合理的温度曲线会出现虚焊、立碑、锡球多 等焊接缺陷 ，直接影响到产品的质量。参考文献：1 王天曦，李鸿儒. 电子技术工艺基础 M . 北京： 清华大学出版社， 2000. 6.2 王金芝 . 再流焊常见缺陷的成因及解决办法 J . 电子工艺技术， 2003， 24 （4） ： 161 - 163.3 邓北川，申良.SMT回流焊工艺分析及其温控技术实现 J . 电子工艺技术， 2008， 29 （1） ： 30 - 32.4 电子工艺标准委员会 . 电子行业工艺标准汇编 M .北京：电子工艺标准委