REFLOW炉温详解分析.ppt

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1、当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个阶段 首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢(大约每秒3 C)，以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。 理解锡膏的回流过程理解锡膏的回流过程 这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil，则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。 冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快而引起元件内部的温度应力。 理解锡膏的回流过程理解锡膏的回流过程理

2、解锡膏的回流过程理解锡膏的回流过程 重要的是有充分的缓慢加热来安全地蒸发溶剂，防止锡珠形成和限制由于温度膨胀引起的元件内部应力，造成断裂痕可靠性问题。其次，助焊剂活跃阶段必须有适当的时间和温度，允许清洁阶段在焊锡颗粒刚刚开始熔化时完成。回流焊接要求总结：理解锡膏的回流过程理解锡膏的回流过程怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线理想的曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最理想的曲线由四个部分或区间组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达后一个区冷却。炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成到更准确和接

3、近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。功回流。预热区预热区，也叫斜坡区，用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区，产品的温度以不超过每秒25C速度连续上升，温度升得太快会引起某些缺陷，如陶瓷电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使PCB达到活性温度。炉的预热区一般占整个加热通道长度的2533%。 怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线回流区回流区，有时叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温

4、度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是205230C，这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒25C，或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损，并损害元件的完整性。 怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线作温度曲线的第一个考虑参数是传输带的速度设定，该设定将决定PCB在加热通道所花的时间。典型的锡膏制造厂参数要求34分钟的加热曲线，用总的加热通道长度除以总的加热感温时间，即为准确的传输带速度，例如，当锡膏要求四分钟的加热时间，使用六英尺加热通道长度，计算为：6 英尺 4 分钟 = 每分钟 1.5 英尺 = 每分钟 18 英寸。 怎样设定锡膏回流温度曲

5、线怎样设定锡膏回流温度曲线典型典型PCB回流区间温度设定回流区间温度设定 区间区间区间温度设定区间温度设定区间末实际板温区间末实际板温预热预热210 C(410 F)140 C(284 F)活性活性177 C(350 F)150 C(302 F)回流回流250 C(482 C)210 C(482 F)怎样设定锡膏回流温度线怎样设定锡膏回流温度线图形曲线的形状必须和所希望的相比较，如果形状图形曲线的形状必须和所希望的相比较，如果形状不协调，则同下面的图形进行比较。选择与实际图不协调，则同下面的图形进行比较。选择与实际图形形状最相协调的曲线。形形状最相协调的曲线。 怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定

6、锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线怎样设定锡膏回流温度曲线得益于升温得益于升温- -到到- -回流回流的的回流温度曲线回流温度曲线许多旧式的炉倾向于以不同速率来加热一个装配上的不同零件，取决于回流焊接的零件和线路板层的颜色和质地。一个装配上的某些区域可以达到比其它区域高得多的温度，这个温度变化叫做装配的D T。如果D T大，装配的有些区域可能吸收过多热量，而另一些区域则热量不够。这可能引起许多焊接缺陷，包括焊锡球、不熔湿、损坏元件、空洞和烧焦的残留物。为什么和什么时候保温为什么和什么时候保温保

7、温区的唯一目的是减少或消除大的D T。保温应该在装配达到焊锡回流温度之前，把装配上所有零件的温度达到均衡，使得所有的零件同时回流。由于保温区是没有必要的，因此温度曲线可以改成线性的升温-到-回流(RTS)的回流温度曲线。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线升温升温-保温保温-回流回流升温-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保温区可能过早地破坏锡膏活性剂，造成不充分的湿润。使用RSS温度曲线的唯一目的是消除或减少D T。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线得益于升

8、温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线整个温度曲线应该从45 C到峰值温度215( 5) C持续3.54分钟。冷却速率应控制在每秒4 C。一般，较快的冷却速率可得到较细的颗粒结构和较高强度与较亮的焊接点。可是，超过每秒4 C会造成温度冲击。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线升温升温- -到到- -回流回流因为RTS曲线的升温速率是如此受控的，所以很少机会造成焊接缺陷或温度冲击。另外，RTS曲线更经济，因为减少了炉前半部分的加热能量。此外，排除RTS的故障相对比较简单，有排除RSS曲线故障经验的操作员应该没有困难来调节RTS曲线，以

9、达到优化的温度曲线效果。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线设定设定RTS温度曲线温度曲线RTS曲线简单地说就是一条从室温到回流峰值温度的温度渐升曲线，RTS曲线温升区其作用是装配的预热区，这里助焊剂被激化，挥发物被挥发，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0.61.8 C。升温的最初90秒钟应该尽可能保持线性。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线设定设定RTS温度曲线温度曲线RTS曲线回流区是装配达到焊锡回流温度的阶段。在达到

10、150 C之后，峰值温度应尽快地达到，峰值温度应控制在215( 5) C，液化居留时间为60( 15)秒钟。液化之上的这个时间将减少助焊剂受夹和空洞，增加拉伸强度。和RSS一样，RTS曲线长度也应该是从室温到峰值温度最大3.54分钟，冷却速率控制在每秒4 C。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线焊锡球焊锡球许多细小的焊锡球镶陷在回流后助焊剂残留的周边上。在RTS曲线上，这个通常是升温速率太慢的结果，由于助焊剂载体在回流之前烧完，发生金属氧化。这个问题一般可通过曲线温升速率略微提高达到解决

11、。焊锡球也可能是温升速率太快的结果，但是，这对RTS曲线不大可能，因为其相对较慢、较平稳的温升。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线熔湿性差熔湿性差熔湿性差经常是时间与温度比率的结果。锡膏内的活性剂由有机酸组成，随时间和温度而退化。如果曲线太长，焊接点的熔湿可能受损害。因为使用RTS曲线，锡膏活性剂通常维持时间较长，因此熔湿性差比RSS较不易发生。如果RTS还出现熔湿性差，应采取步骤以保证曲线的前面三分之二发生在150 C之下。这将延长锡膏活性剂的寿命，结果改善熔湿性。得益于升温得益于升

12、温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线墓碑墓碑墓碑通常是不相等的熔湿力的结果，使得回流后元件在一端上站起来。一般，加热越慢，板越平稳，越少发生。降低装配通过183 C的温升速率将有助于校正这个缺陷。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线空洞空洞空洞是锡点的X光或截面检查通常所发现的缺陷。空洞是锡点内的微小“气泡” ，可能是被夹住的空气或助焊剂。空洞一般由三个曲线错误所引起：不够峰值温度；回流时间不够；升温阶段温度过高。由于RTS曲线升温速率是严密控制的，空洞通常是第一或第二

13、个错误的结果，造成没挥发的助焊剂被夹住在锡点内。这种情况下，为了避免空洞的产生，应在空洞发生的点测量温度曲线，适当调整直到问题解决。无光泽、颗粒状焊点无光泽、颗粒状焊点一个相对普遍的回流焊缺陷是无光泽、颗粒状焊点。这个缺陷可能只是美观上的，但也可能是不牢固焊点的征兆。在RTS曲线内改正这个缺陷，应该将回流前两个区的温度减少5 C；峰值温度提高5 C。如果这样还不行，那么，应继续这样调节温度直到达到希望的结果。这些调节将延长锡膏活性剂寿命，减少锡膏的氧化暴露，改善熔湿能力。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线结论结论RTS温度曲线不是适于每一个回流焊接问题的万

14、灵药，也不能用于所有的炉或所有的装配。可是，采用RTS温度曲线可以减少能源成本、增加效率、减少焊接缺陷、改善熔湿性能和简化回流工序。这并不是说RSS温度曲线已变得过时，或者RTS曲线不能用于旧式的炉。无论如何，工程师应该知道还有更好的回流温度曲线可以利用。注：所有温度曲线都是使用Sn63/Pb37合金，183 C的共晶熔点。得益于升温得益于升温- -到到- -回流的回流温度曲线回流的回流温度曲线群焊的温度曲线群焊的温度曲线 作温度曲线是一个很好的直观化方法，保持对回流焊接或波峰焊接工艺过程的跟踪。通过绘制当印刷电路装配(PCA)穿过炉子时的时间温度曲线，可以计算在任何给定时间所吸收的热量。只有

15、当所有涉及的零件在正确的时间暴露给正确的热量时，才可以使群焊达到完善。这不是一个容易达到的目标，因为零件经常有不同的热容量，并在不同的时间达到所希望的温度。经常我们看到在一个经常我们看到在一个PCAPCA上不只一种大小的焊点，同一个上不只一种大小的焊点，同一个温度曲线要熔化不同数量的焊锡。需要考虑温度曲线要熔化不同数量的焊锡。需要考虑PCAPCA的定位与的定位与方向、热源位置与设备内均匀的空气循环，以给焊接点输方向、热源位置与设备内均匀的空气循环，以给焊接点输送正确的热量。许多人从经验中了解到，大型元件底部与送正确的热量。许多人从经验中了解到，大型元件底部与PCAPCA其它位置的温度差别是不容

16、忽视的。其它位置的温度差别是不容忽视的。群焊的温度曲线群焊的温度曲线 为什么得到正确的热量是如此重要呢？当焊接点不得到足够的热量，助焊剂可能不完全激化，焊接合金可能未完全熔化。在最终产品检查中，可能观察到冷焊点(cold solder)、元件竖立(tomb-stoning)、不湿润(non-wetting)、锡球/飞溅(solder ball/splash)等结果。另一方面，如果吸收太多热量，元件或板可能被损坏。最终结果可能是元件爆裂或PCB翘曲，同时不能经受对长期的产品可靠性的影响。群焊的温度曲线群焊的温度曲线 除了热的数量之外，加热时间也是重要的。PCA温度必须以预先决定的速率从室温提高到

17、液化温度，而不能给装配带来严重的温度冲击。这个预热，或升温阶段也将在助焊剂完全被激化之前让其中的溶剂蒸发。重要的是要保证，装配上的所有零件在上升到焊接合金液化温度之前，以最大的预热温度达到温度平衡。这个预热有时叫作“驻留时间”或“保温时间”。群焊的温度曲线群焊的温度曲线 在焊接点形成之后，装配必须从液化温度冷却超过150C到室温。同样，这必须一预先确定的速度来完成，以避免温度冲击。稳定的降温将给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)不同所产生的力对新形成的焊接点损坏。群焊的温度曲线群焊的温度曲线 回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲

18、线温度曲线 经典印刷电路板(PCB)的温度曲线(profile)作图，涉及将PCB装配上的热电偶连接到数据记录曲线仪上，并把整个装配从回流焊接炉中通过。作温度曲线有两个主要的目的：1) 为给定的PCB装配确定正确的工艺设定，2) 检验工艺的连续性，以保证可重复的结果。通过观察PCB在回流焊接炉中经过的实际温度(温度曲线)，可以检验和/或纠正炉的设定，以达到最终产品的最佳品质。经典的PCB温度曲线将保证最终PCB装配的最佳的、持续的质量，实际上降低PCB的报废率，提高PCB的生产率和合格率，并且改善整体的获利能力。回流工艺回流工艺在回流工艺过程中，在炉子内的加热将装配带到适当的焊接温度，而不损伤

19、产品。为了检验回流焊接工艺过程，人们使用一个作温度曲线的设备来确定工艺设定。温度曲线是每个传感器在经过加热过程时的时间与温度的可视数据集合。通过观察这条曲线，你可以视觉上准确地看出多少能量施加在产品上，能量施加哪里。温度曲线允许操作员作适当的改变，以优化回流工艺过程。回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 在产品的加热期间，许多因素可能影响装配的品质。最初的升温是当产品进入炉子时的一个快速的温度上升。目的是要将锡膏带到开始焊锡激化所希望的保温温度。最理想的保温温度是刚好在锡膏材料的熔点之下 - 对于共晶焊锡为183C，保温时间在3090秒之间。回流焊接工艺的经典回流焊

20、接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 一旦锡膏在熔点之上，装配进入回流区，通常叫做液态以上时间(TAL, time above liquidous)。回流区时炉子内的关键阶段，因为装配上的温度梯度必须最小，TAL必须保持在锡膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在这个阶段达到的 - 装配达到炉内的最高温度。回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 在回流焊接工艺中使用两种常见类型的温度曲线，它们通常叫做保温型(soak)和帐篷型(tent)温度曲线。在保温型曲线中，如前面所讲到的，装配在一段时间

21、内经历相同的温度。帐篷型温度曲线是一个连续的温度上升，从装配进入炉子开始，直到装配达到所希望的峰值温度。回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 典型的保温型温度曲线典型的保温型温度曲线回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 典型的帐篷型温度曲线典型的帐篷型温度曲线回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 所希望的温度曲线将基于装配制造中使用的锡膏类型而不同。取决于锡膏化学组成，制造商将建议最佳的温度曲线，以达到最高的性能。温度曲线的信息可以通过联系锡膏制造商得到。最常见的配方类型包括水溶性(OA)、松香适度激化型(RM

22、A, rosin mildly activated)和免洗型(no-clean)锡膏。回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 读出与评估温度曲线数据读出与评估温度曲线数据锡膏制造商一般对其锡膏配方专门有推荐的温度曲线。应该使用制造商的推荐来确定一个特定工艺的最佳曲线，与实际的装配结果进行比较。然后可能采取步骤来改变机器设定，以达到特殊装配的最佳结果回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 总结总结做温度曲线是PCB装配中的一个关键元素，它用来决定过程机器的设定和确认工艺的连续性。没有可测量的结果，对回流工艺的控制是有限的。咨询一下锡膏供应商，查看一下元件规格，为一个特定的工艺确定最佳的曲线参数。通过实施经典PCB温度曲线和机器的品质管理温度曲线的一个正常的制度，PCB的报废率将会降低，而质量与产量都会改善。结果，总的运作成本将减低。回流焊接工艺的经典回流焊接工艺的经典PCBPCB温度曲线温度曲线 结束结束