回流焊的温度曲线知识分享.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。回流焊的温度曲线-回流焊-回流焊的温度曲线通过对回流焊温度曲线的分段描述，理解焊膏各成分在回流炉中不同阶段所发生的变化，给出获得最佳温度曲线的一些基本数据，并分析不良温度曲线可能造成的回流焊接缺陷。在SMT生产流程中，回流炉参数设置的好坏是影响焊接质量的关键，通过温度曲线，可以为回流炉参数的设置提供准确的理论依据，在大多数情况下，温度的分布受组装电路板的特性、焊膏特性和所用回流炉能力的影响。为充分理解焊膏在回流焊接的不同阶段会发生什么，产生的温度分布对焊膏组成成分的影响，以下先介绍焊膏的组成成分及其特性

2、，再介绍获得温度曲线的方法，然后对温度曲线进行较为详细的分段简析，最后列表分析不良温度曲线可能造成的回流焊接缺陷。(1)冷却段这一段焊膏中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被焊接表面，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和减弱焊点结合力。(2)回流焊接段这一段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让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板子承受热损伤，并可能引起铅锡粉末再氧

3、化加速、焊膏残留物烧焦、板子变色、元件失去功能等问题，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，因此应找到理想的峰值与时间的最佳结合，一般应使曲线的尖端区覆盖面积最小。曲线的峰值一般为210230，达到峰值温度的持续时间为35秒，超过铅锡合金熔点温度183的持续时间维持在2030秒之间。(3)保温段溶剂的沸点在125150之间，从保温段开始溶剂将不断蒸发，树脂或松香在70100开始软化和流动，一旦熔化，树脂或松香能在被焊表面迅速扩散，溶解于其中的活性剂随之流动并与铅锡粉末的表面氧化物进行反应，以确保铅锡粉末在焊接段熔焊时是清洁的。保温段的更主要目的

4、是保证电路板上的全部元件在进入焊接段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，以致在熔焊区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。一般保温段的温度在100160之间,上升的速率低于每秒2度，并在150左右有一个0.51分钟左右的平台有助于把焊接段的尖端区

5、域降低到最小。(4)预热段该段的目的是把室温的电路板尽快加热，但快速的加热不能快到板子或零件的损坏及导致助焊剂中溶剂的丧失，通常的加热速率为13/秒。在实际生产中，并不能要求所选择每一点的曲线均达到较为理想的情况，有时由于元件密度、所承受的最高温度的不同及热特性的具大差异或由于板材的不同及回流炉能力的限制，会导致有些点的温度曲线无法满足要求，这时必须综合各元件对整个电路板功能的影响而选择最为有利的回流参数。回流焊-回流焊解决方案【系统概述】回流焊又称“再流焊”或“再流焊机”或“回流炉”（ReflowOven）,它是通过提供一种加热环境，使焊锡膏受热融化从而让表面贴装元器件和PCB焊盘通过焊锡膏

6、合金可靠地结合在一起的设备。根据技术的发展分为：气相回流焊、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。另外根据焊接特殊的需要，含有充氮的回流焊炉。目前比较流行和实用的大多是远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。根据形状可以分为台式回流焊炉和立式回流焊炉，简要介绍这两种。1、台式回流焊炉台式设备适合中小批量的PCB组装生产，性能稳定、价格经济（大约在4-8万人民币之间），国内私营企业及部分国营单位用的较多。2、立式回流焊炉立式备型号较多，适合各种不同需求用户的PCB组装生产。设备高中低档都有，性能也相差较多，价格也高低不等（大约在8-80万人民币之间）。国内研究所、外企、

7、知名企业用的较多。本回流焊解决方案是广东某设备有限公司采用研祥“EVOC”工控机及其有关自动化板卡所组成IPCSSR的氮气保护无铅EP系列热风台式回流焊机。该系统使用独特的小循环设计，使每个温区独立热风循环加热。电脑分析资料库,可存储客户所有的资料,并配有不同的温度曲线图,使温度设定资料以供参考，可以实现全自动检测功能,能自动检测链条运作情况,及超高低温声光报警功能。经过测试该系统运行稳定可靠，得到用户的一致好评；该系统还可以应用于工业过程控制等领域。【系统构成】1、系统需要一个控制中心功能：监视整个回流焊工作机的工作情况。进行常规的设置和控制操作。执行管理功能，负责全部工作部分的调度、分配、

8、安排，使其良好运行。2、整个系统所完成的任务进行常规或是预定的监控功能；如：温度检测、调节与控制，传输速度、方向的检测与控制等功能。全自动检测功能，能自动超高低温声光报警功能。直接快速的达到控制及分析功能。系统采用双面供温技术，减小PCB板弯曲变形现象，对温度控制精度要求高。3、系统主要需求开关量反馈的输入通道（信号采集）开关量的输出通道（控制SSR）串口输出控制变频器（控制传输带的速度）模拟量的输出（控制热风机、实现温控）模拟量的输入（热电偶信号输入）【系统设计】为实现上述所有功能，并且希望得到整个控制系统的高可靠性、高稳定性、强抗干扰能力的综合效果，最终选择了研祥公司“EVOC”工控机加自

9、动化板卡，组成IPCSSR系统，实现回流焊中所有温度检测与控制、机械传输方向与速度控制、温度报警、N2浓度检测等参数控制。整个系统的系统结构图如下图所示：系统结构图【系统配置】名称型号数量说明工控机FSC1621VD/IPC6114P4/IPC8101系统控制中心采集卡PCL836（A）1计数器用采集卡PCL7261输出模拟控制信号、信号I/O采集卡PCL7341隔离DO控制SSR采集卡PCL812PG2信号采集、A/D转换与控制端子板PCLD789D1热电偶采集信号输入【系统特点】整个系统均采用研祥一家的工控设备，体现了很好的稳定性和兼容性、可靠性、以及提高了整个系统的抗干扰性，使系统能够良

10、好运行。系统对温度控制采用进行全方位的动态恒温储能板装置，减小温区中的温差效应；同时使用双面供温技术，可以减小并防止PCB板弯曲变形现象。系统具有全自动检测功能，能自动检测链条运作情况，及超高低温声光报警功能。系统采用进口N2流量计，通过数据采集与控制卡，可以保证精确对N2浓度的控制。系统具有电脑分析资料库，可存储客户所有的资料，并配有不同的温度曲线图。该系统得到了成功应用，又是研祥产品在智能设备中成功应用的又一例。【系统相关产品详细介绍】1、FSC1621VD嵌入式CPU卡FSC-1621VD采用Socket370主流架构，支持最新133MHzFSB的处理器，内置AGP显示控制器，8MB独立

11、显存支持3D/2D图形加速；板上带有ISA总线高驱动,最大驱动能力高达64mA，PCIIDE接口支持ATA-66；具有串口15000V静电保护。FSC-1621VD是一款高性能的全长工业主板,配合EVOC多款工业机箱可广泛应用于网络、视频、交通、银行等各行业。产品规格：总线类型-PICMGPCI/ISA总线处理器-支持Socket370结构PPGACeleron/PIII系统芯片集-VIAPro133,支持66MHz/100MHz/133MHzFSB系统内存-168pinX2,最大512MB内存速度与CPUFSB可以不一致BIOS-最新AwardModularPnP6.0Ver6.0,VGA/

12、AGP-SIS6326AGP2X3D/2D图形加速控制器，8MB显存ISA驱动-ISA总线高驱动，最大64mAPCIIDE-双Ultra33/66IDE控制器连接四个IDE设备IDE控制器-扩展PromiseATA100IDERAID控制器，可支持ATA100冗余磁盘阵列USB-两个USB多I/O接口-W83977I/O接口芯片，一个FDD接口、一个并口、二个RS-23215KV静电保护、一个IrDA红外接口、一个PS/2键盘和PS/2鼠标接口看门狗定时器-0秒，16级硬件监测-WinbondW83782D系统状态，监测电压、温度、风扇速度固态盘接口-M-systemDiskOnChip电子盘

13、电源-5V、12V，支持AT/ATX电源外形尺寸-338mmX122mm工作温度-060相对湿度-5%-90%，非凝结2、PCL836(A)6通道计数器/定时器卡PCL836（A）具有6个独立的16计数器，数字滤波降低噪音，二进制或是BCD计数，可选择中断输入通道，高达10MHz的输入频率；同时具有16个TTL兼容的数字量输入与16个TTL兼容的数字量输出通道；寄存器结构兼容Advantech的PCL836。3、PCL726高级6通道电压/电流输出卡PCL726提供6通道的模拟量输出，16通道数字量输入和16通道数字量输出，适用于IBM个人计算机和兼容机。它是为工业控制应用的恶劣环境中要求12

14、位分辨率的模拟输出而设计的。它设计紧凑，板上的元件都是SMT类型，提高了卡的可靠性和质量。4、PCL734隔离数字量输出卡PCL734是32通道隔离数字量输出卡，最高频率10KHz，高驱动能力，1000VDC隔离电压。宽输出工作范围540VDC。5、PCL812PG加强型多功能数据采集卡产品特性：12位模拟输入分辨率最高至100KHzA/D采样速率16路单端双极性输入信号可编程选择增益芯片带彩样/保持2个12位单片集成电路多通道模拟输出16路数字输入/输出通道3个独立的可编程16位递减计数器3种A/D触发模式:软件触发,可编程定时触发和外部缓冲触发DC-DC积分转换器提供稳定的模拟电源AT总线

15、,带9级IRQ37芯D型接口，紧凑型半长PCB6、PCLD789D热电偶输入端子板PCLD-789D是一个螺丝终端/信号调整/通道多路选通板。它是为配合不同的EVOCA/D板,特别是热电耦和底层应用而设计的数据采集附件。PCLD-789D提供DB-37和20芯扁平电缆接口,使你的A/D板不用另外数字输出电缆来选择通道,最多可接128通道.高性能的仪表放大器提供跳线可选增益1,10,50,100,200和1,000。板上预留位子给滤波器,衰减器和测量电流。所有模拟量输入均提供方便的小型螺丝接口条接口。热电耦测量可由PCLD-789D轻松处理。面板包括冷端检测和补偿电路,允许对热电耦传感器进行直接

16、测量。所有类型的热电耦可由软件进行线性化处理。回流焊-回流焊工艺发展沿革由于电子产品不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。首先在混合集成电路组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴装型晶体管及二极管等。随着SMT整个技术发展日趋完善，多种贴片元件（SMC）和贴装器件(SMD)的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用，而回流焊技术，围绕着设备的改进也经历以下发展阶段。1热板（Hot-plate）及推板式热板传导回流焊：这类回流焊炉依靠传送带或推板下的热源加热，通过热传导

17、的方式加热基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜电路的单面组装，陶瓷基板上只有贴放在传送带上才能得到足够的热量，其结构简单，价格便宜。我国的一些厚膜电路厂在80年代初曾引进过此类设备。2红外线辐射回流焊：此类回流焊炉也多为传送带式，但传送带仅起支托、传送基板的作用，其加热方式主要依红外线热源以辐射方式加热，炉膛内的温度比前一种方式均匀，网孔较大，适于对双面组装的基板进行回流焊接加热。这类回流焊炉可以说是回流焊炉的基本型。在我国使用的很多，价格也比较便宜。3红外加热风（Hotair）回流焊：这类回流焊炉是在IR炉的基础上加上热风使炉内温度更均匀，单纯使用红外辐射加热时，人们发现在同样的

18、加热环境内，不同材料及颜色吸收热量是不同的，即（1）式中Q值是不同的，因而引起的温升T也不同，例如IC等SMD的封装是黑色的酚醛或环氧，而引线是白色的金属，单纯加热时，引线的温度低于其黑色的SMD本体。加上热风后可使温度更均匀，而克服吸热差异及阴影不良情况，IRHotair的回流焊炉在国际上曾使用得很普遍。4充氮（N2）回流焊：随着组装密度的提高，精细间距（Finepitch）组装技术的出现，产生了充氮回流焊工艺和设备，改善了回流焊的质量和成品率，已成为回流焊的发展方向。氮气回流焊有以下优点：（1）防止减少氧化（2）提高焊接润湿力，加快润湿速度（3）减少锡球的产生，避免桥接，得到列好的焊接质量

19、得到列好的焊接质量特别重要的是，可以使用更低活性助焊剂的锡膏，同时也能提高焊点的性能，减少基材的变色，但是它的缺点是成本明显的增加，这个增加的成本随氮气的用量而增加，当你需要炉内达到1000ppm含氧量与50ppm含氧量，对氮气的需求是有天壤之别的。现在的锡膏制造厂商都在致力于开发在较高含氧量的气氛中就能进行良好的焊接的免洗焊膏，这样就可以减少氮气的消耗。对于中回流焊中引入氮气，必须进行成本收益分析，它的收益包括产品的良率，品质的改善，返工或维修费的降低等等，完整无误的分析往往会揭示氮气引入并没有增加最终成本，相反，我们却能从中收益。在目前所使用的大多数炉子都是强制热风循环型的，在这种炉子中控

20、制氮气的消耗不是容易的事。有几种方法来减少氮气的消耗量，减少炉子进出口的开口面积，很重要的一点就是要用隔板，卷帘或类似的装置来阻挡没有用到的那部分进出口的空间，另外一种方式是利用热的氮气层比空气轻且不易混合的原理，在设计炉的时候就使得加热腔比进出口都高，这样加热腔内形成自然氮气层，减少了氮气的补偿量并维护在要求的纯度上。5双面回流焊双面PCB已经相当普及，并在逐渐变得复那时起来，它得以如此普及，主要原因是它给设计者提供了极为良好的弹性空间，从而设计出更为小巧，紧凑的低成本的产品。到今天为止，双面板一般都有通过回流焊接上面（元件面），然后通过波峰焊来焊接下面（引脚面）。目前的一个趋势倾向于双面回

21、流焊，但是这个工艺制程仍存在一些问题。大板的底部元件可能会在第二次回流焊过程中掉落，或者底部焊接点的部分熔融而造成焊点的可靠性问题。已经发现有几种方法来实现双面回流焊：一种是用胶来粘住第一面元件，那当它被翻过来第二次进入回流焊时元件就会固定在位置上而不会掉落，这个方法很常用，但是需要额外的设备和操作步骤，也就增加了成本。第二种是应用不同熔点的焊锡合金，在做第一面是用较高熔点的合金而在做第二面时用低熔点的合金，这种方法的问题是低熔点合金选择可能受到最终产品的工作温度的限制，而高熔点的合金则势必要提高回流焊的温度，那就可能会对元件与PCB本身造成损伤。对于大多数元件，熔接点熔锡表面张力足够抓住底部

22、元件话形成高可靠性的焊点，元件重量与引脚面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊接一个标准，通常在设计时会使用30g/in2这个标准，第三种是在炉子低部吹冷风的方法，这样可以维持PCB底部焊点温度在第二次回流焊中低于熔点。但是潜在的问题是由于上下面温差的产生，造成内应力产生，需要用有效的手段和过程来消除应力，提高可靠性。以上这些制程问题都不是很简单的。但是它们正在被成功解决之中。勿容置疑，在未来的几年，双面板会断续在数量上和复杂性性上有很大发展。6通孔回流焊通孔回流焊有时也称作分类元件回流焊，正在逐渐兴起。它可以去除波峰焊环节，而成为PCB混装技术中的一个工艺环节。一个最大的好处就是可以在发挥表

23、面贴装制造工艺的优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械联接强度。对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触，同时，就算引脚和焊盘都能接触上，它所提供的机械强度也往往是不够大的，很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。尽管通孔回流焊可发取得偿还好处，但是在实际应用中仍有几个缺点，锡膏量大，这样会增加因助焊剂的挥了冷却而产生对机器污染的程度，需要一个有效的助焊剂残留清除装置。另外一点是许多连接器并没有设计成可以承受回流焊的温度，早期基于直接红外加热的炉子已不能适用，这种炉子缺少有效的热传递效率来处理一般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在一块PCB上的能力

24、。只有大容量的具有高的热传递的强制对流炉子，才有可能实现通孔回流，并且也得到实践证明，剩下的问题就是如何保证通孔中的锡膏与元件脚有一个适当的回流焊温度曲线。随着工艺与元件的改进，通孔回流焊也会越来越多被应用。7无铅回流焊出于对环保的考虑，铅在21世纪将会被严格限用。虽然电子工业中用铅较极小，不到全部用量1，但也属于禁用之列，在未来的几年中将会被逐步淘汰。现在正在开发可靠而又经济的无铅焊料。目前开发出多种替代品一般都具有比锡铅合金高40C左右的熔点温度，这就意味着回流焊必须在更高的温度下进行。氮气保护可以部分消附除因温度提高而增加的氧化和对PCB本身的损伤。不过工业界大概必须经这一个痛苦的学习期

25、来解决所遇到的问题，工尽快应用该制程，时间已经所省不多，现在所使用的许多炉子被设计成高不超出3000C的作业温度，对于无铅焊料或非共溶点焊锡（用于BGA，双面板等）来讲，则需要更高的炉子温度，这些新的制程通常要求回流区中的温度达到3500C4000C，炉子的设计必须更改以满足这样的要求，机器中的热敏感部件必须被修改，或者要采取措施防止热量向这些部件传递。8连续柔性板回流焊特殊的炉子已经被开发出来处理贴装有SMT元件的连续柔性板。与普通回流炉最大不同点是这种炉子需要特制的轨道来传递柔性板。当然，这种炉子也需要能处理连续板的问题。对于分离的PCB板来讲，炉中的流量与前几段工位的状况无依赖关系，但是

26、对于成卷连续的柔性板，柔性板在整条线上是连续的，线上任何一个特殊问题，停顿就意味着全线必须停顿，这样就产生一个特殊问题，停顿在炉子中的部分会因过热而损坏，因此，这样的炉子必须具备应变随机停顿的能力，继续处理完该段柔性板，并在全线恢复连续运转时回到正常工作状态。9垂直烘炉技术市场对于缩小体积的需求，使CSP（如FLIPCHIP）得到较多应用，这样元件贴装后具有更小的占地面积和更高的信号传递速率。填充或灌胶被用来加强焊点结构使其能抵受住由于硅片与PCB材料的热膨胀系数不一致而产生的应力，一般常会采用上滴或围填法来把晶片用胶封起来。许多这样的封装胶都需要很长的固化时间，对于在线生产的炉子来讲是不现实

27、的，通常会使用成批处理的烘炉，但是垂直烘炉已经被证明可以成功地进行固化过程，并且其温度曲线比普通回流炉更为简单，垂直烘炉使用一个PCB传输系统来扮演缓冲区/堆积区的作用，这样就延长了PCB板在一个小占地面积的烘炉中驻留的时间。以上我们介绍了围绕着设备改进、回流焊装备的发展沿革。实事上回流焊工艺的发展收到以下两方面的推动：1电子产品向短、小、轻、薄化发展。组装高密度化，SMC/SMD微细间距化，SMC/SMD品种规格系列化，特别是异型元件与机电元件日益增多，这诸多的新发展迫使作为SMT中的重要工艺?回流焊工艺亦面临着挑战，需要不断地发展和完善以提高焊接质量和成品率。2人类文明发展到今天，控制三废（废气、废料、废水）保护环境已成为共识。传统的锡膏中含有助焊剂，其焊接后的残留物需要用氟里昂（CFC）及丙酮等溶剂来清洗，而这些溶剂都会对环境造成污染，为了避免污染相应出现了水清洗工艺和免清洗工艺还有新型焊锡膏。-