SMT回流焊炉的炉温工艺曲线设置

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随着科技的进步和人们生活水平的提高，人们对智能电子产品的要求是“轻、薄、小、高性能、多功能”，电子产品的小型化和集成化成了其发展的主流方向；表面贴装技术SMT作为第4代封装技术被誉为90年代世界十大新技术之一，以其成本低、集成度高、电子组件重量轻、易于自动化等优点广泛应用于微电子电路，在SMT制程中，电子元器件通过焊盘锡膏过回流焊融化与PCB印刷电路板刚性连接形成组件。
       优化好SMT回流焊的焊接效果，人们都知道关键是设定回流炉的炉温曲线，有关回流炉的炉温曲线，许多专业文章中均有报导，但面对一台新的全热风回流炉，如何尽快设定回流炉温度曲线呢？这就需要我们首先对所使用的锡膏中金属成分与熔点、活性温度等特性有一个全面了解，对全热风回流炉的结构，包括加热温区的数量、热风系统、加热器的尺寸及其控温精度、加热区的有效长度、冷却区特点、传送系统等应有一个全面认识，以及对焊接对象——表面贴装组件（SMD）尺寸、元件大小及其分布做到心中有数，不难看出，回流焊是SMT 工艺中复杂而又关键的一环，它涉及到材料、设备、热传导、焊接等方面的知识。
一、SMT回流焊温度曲线设置与工艺流程：
       SMT回流焊工艺参数对回流焊温度曲线关键指标的影响，为回流焊接工艺参数的设置和调整提供借鉴； SMT表面黏著技术的回流焊温度曲線包括预热、浸润、回焊和冷卻四个部份，以下为个人在互联网收集整理，如果有误或偏差也请各位前辈不吝指教。 电子制造业的SMT回流炉焊接，是PCBA电子線路板组装作业中的重要工序，如果没有很好的掌握它，不但会出现许多“临时故障”还会直接影响焊点的寿命。
SMT回流焊测温仪几乎都有了，可是还有很多用户没有对所有产品进行测温认证、调整温度设置；有的用户使用测温了，却没有掌握焊接工艺要点，又无法优化工艺；这样一来，浪费了大量的电费，产品质量也得不到很好的保障！ 二 Esamber举例说，如上图，在回流焊工艺上，中国工厂的单二   焊点回流焊平均投入成本是德国的4倍，是美国的3倍，是日本的2倍多（此核算中不考虑中国较低廉的人工成本、各国的人工成本计算采取一致）。
       而同时，中国也有不乏全球回流焊工艺及成本管控最好的SMT制造企业，比如华为，中兴、台达、法雷奥中国SMT工厂、戴尔（中国）等企业，在回流焊、波峰焊、选焊等工艺上不断追求工艺技术先进管控，从焊接零缺陷着手推动无人化闭环控制、定期全面体检防范未然、合理规划保养、工艺及设备的定期稽查、快速故障定位、先进的工艺检测技术、培育工艺专家群等一系列的手段，实现了设备高性能运作，高稼动率运作，长寿运作和人工投入最低化，最终实现综合成本最低化。
三、如何正确的设定回流焊温度曲线：
       首先我们要了解回流焊的几个关键的地方及温度的分区情况及回流焊的种类.
       影响炉温的关键地方是：
1：各温区的温度设定数值
2：各加热马达的温差
3：链条及网带的速度
4：锡膏的成份
5：PCB板的厚度及元件的大小和密度
6：加热区的数量及回流焊的长度
7：加热区的有效长度及泠却的特点等
       SMT回流焊炉温区的工作原理就是当组装PCB板在金属网式或双轨式输送带上，通过回焊炉各温区段的热冷行程（例如8热2冷之大型机，总长5-6m的无铅回焊炉），以达到锡膏熔融及冷却愈合成为焊点的目的。
       SMT回流焊的分区情况：
1：预热区（又名：升温区）
2：恒温区（保温区/活性区）
3：回流区
4：冷却区
       另外还有几种不良现象都与预热区的升温有关系，下面一一说明：
1.塌陷：
       这主要是发生在锡膏融化前的膏状阶段，锡膏的黏度会随著温度的上升而下降，这是因为温度的上升使得材料內的分子因热而震动得更加剧烈所致；另外温度迅速上升会使得溶剂（Solvent）沒有时间适当地挥发，造成黏度更迅速的下降。正确来说，温度上升会使溶剂挥发，并增加黏度，但溶剂挥发量与时间及温度皆成正比，也就是说给一定的温升，时间较长者，溶剂挥发的量较多。因此升温慢的锡膏黏度会比升温快的锡膏黏度来的高，锡膏也就必较不容易产生塌陷。
2.锡珠：
       迅速挥发出来的气体会连锡膏都一起往外带，在小间隙的零件下会形成分离的锡膏区块，迴焊时分离的锡膏区块会融化并从零件底下冒出而形成锡珠。
3.锡球：
       升温太快时，溶剂气体会迅速的从锡高中挥发出来并把飞溅锡膏所引起。減缓升温的速度可以有效控制锡球的产生。但是升温太慢也会道致过度氧化而降低助焊剂的活性。
4.灯蕊虹吸现象：
       这个现象是焊料在润湿引腳后，焊料从焊点区域沿引腳向上爬升，以致焊点产生焊料不足或空銲的问题。其可能原因是锡膏在融化阶段，零件腳的温度高于PCB的銲垫温度所致。可以增加PCB底部温度或是延长锡膏在的熔点附近的时间来改善，最好可以在焊料润湿前达到零件腳与焊垫的温度平衡。一但焊料已经润湿在焊垫上，焊料的形状就很难改变，此时也不在受温升速率的影响。
5.润湿不良：
       一般的润湿不良是由于焊接过程中锡粉被过度氧化所引起，可经由減少预热时锡膏吸收过多的热量来改善。理想的回焊时间应尽可能的短。如果有其他因素致加热时间不能缩短，那建议从室温到锡膏熔点间采線性温度，这样迴焊时就能減少锡粉氧化的可能性。
6.虛焊或“枕头效应”（Head-In-Pillow）：
       虛焊的主要原因可能是因为灯蕊虹吸现象或是不润湿所造成。灯蕊虹吸现象可以参照灯蕊虹吸现象的解決方法。如果是不润湿的问题，也就是枕头效应，这种现象是零件腳已经浸入焊料中，但并未形成真正的共金或润湿，这个问题通常可以利用減少氧化来改善，可以参考润湿不良的解決方法。
7.墓碑效应及歪斜：
       这是由于零件两端的润湿不平均所造成的，类似灯蕊虹吸现象，可以借由延长锡膏在的熔点附近的时间来改善，或是降低升温的速率，使零件两端的温度在锡膏熔点前达到平衡。另一个要注意的是PCB的焊垫设计，如果有明显的大小不同、不对称、或是一方焊垫有接地（ground）又未设计热阻（thermal thief）而另一方焊垫无接地，都容易造成不同的温度出现在焊垫的两端，当一方焊垫先融化后，因表面张力的拉扯，会将零件立直（墓碑）及拉斜。
8.空洞（Voids）：
       主要是因为助焊剂中的溶剂或是水气快速氧化，且在焊料固化前未即时逸出所致。浸润区浸润区又称活性区，在恆温区温度通常维持在150℃±10的区域，此时锡膏处于融化前夕，焊膏中的挥发物进一步被去除，活化剂开始启动，并有效的去除焊接表面的氧化物，PCB表面温度受热风对流的影响，不同大小，质地不同的零组件温度能保持均勻，板面温度差△T接近最小值。曲線形态接近水平状，它也是评估回流炉工艺的一个窗口，选择能维持平坦活性温度曲線的炉子将提高焊接的效果，特别是防止立碑缺陷的产生。通常恆温区在炉子的2，3区之间，维持时间约为60~120s，若时间过长也会道致锡膏氧化问题，以致焊接后飞珠增多。
四、SMT回流焊温度曲线设定技巧
       1、初步SMT回流焊炉温设定：
       1） 看锡膏类型，有铅还是无铅?还要考虑锡膏特性，焊膏是由合金粉末、糊状助焊剂均匀混和而成的膏体。焊膏中的助焊剂 （点击助焊剂的特性）主要由溶剂、松香或合成树脂、活性剂及抗垂流剂四类原物质构成。溶剂决定了焊膏所需的干燥时间，为了增加焊膏的粘度使之具备良好流变性加入了合成树脂或松香，活性剂是用来除去合金所产生的氧化物以清洁板面焊盘，抗垂流剂的加入有助于合金粉末在焊膏中呈现悬浮状态，避免沉降现象。
       衡量焊膏品质的因素很多，在实际生产中应重点考虑以下的焊膏特性。
（1）根据电路板表面清洁度的要求决定焊膏的活性与合金含量；
（2）根据锡膏印刷设备及生产环境决定焊膏的粘度、流变性及崩塌特性；
（3）根据工艺要求及元件所能承受的温度决定焊膏的熔点；
（4）根据焊盘的最小脚间距决定焊膏合金粉末的颗粒大小。
2） 看PCB板厚度是多少?此时结合以上1、2点，根据经验就有个初步的炉温了；
3） 再看PCB板材，具体细致设定一下回流区的炉温；
4） 再看PCB板上的各种元器件，考虑元件大小的不同、特殊元件、厂家要求的特殊元件等方面，再仔细设定一下炉温；
5） 还的考虑一下炉子的加热效率，因为当今汇流炉有很多种，其加热效率是各个不一样的，所以这一点不应忽视掉；
       结合以上5方面，就可以设定出初步的炉温了。
2、炉温的详细设定及热电偶的安装步骤：
       1） 感应温度用的热电偶，在使用和安装过程中，应确保除测试点外，无短接现象发生，否则无法保证试精度。
       2） 热电偶在与记忆装置或其它测试设备相连接时，其极性应与设备要求一致，热电偶将温度转变为电动势，以连接时有方向要求。
       第二，测试点的选取，一般至少三点，能代表PCB组件上温度变化的测试点（能反映PCB组件上高、中低温部位的温度变化）； 一般情况下，最高温度部位在PCB与传送方向相垂直的无元件边缘中心处，最低温度在PCB 靠近中心部位的大型元件之半田端子处（PLCC.QFP等），另外对耐热性差部品表面要有测试点，以及客户的特定要求。
SMT迴流焊的峰值温度，通常取決于焊料的熔点温度及组装零件所能承受的温度。首先要考虑你的元件，与PCB板，是否能受此温，因为有铅锡膏和无铅的成份不同，有铅的成份为：锡：63%，铅：37%，熔点一般为183.峰值为205-230而无铅的是：锡96.5%；银：3%；铜：0.5%，所以熔点高一般为：217，峰值为：245-250； 一般的峰值温度应该比锡膏的正常熔点温度要高出约25~30°C，才能顺利的完成焊接作业。如果低于此温度，则极有可能会造成冷焊与润湿不良的缺点。
3、回流焊接缺陷与不良温度曲线的关系：
       以下仅列出不良温度曲线所引起的回流焊接缺陷，其它影响回流焊接质量的因素还包括丝印质量的优劣、贴片的准确性和压力、焊膏的品质及环境的控制等，本文不做阐述。 更多关于pcb贴片焊接学习交流。关注捷配网。
       回流焊接的缺陷 温度曲线的不良之处
       吹孔
1）保温段预热温度不足；
2）保温段温度上升速度过快。
焊点灰暗 冷却段冷却速度过缓。
       不沾锡
1）焊接段熔焊温度低；
2）保温段保温周期过长；
3）保温段温度过高。
焊后断开 保温段保温周期短。
       锡珠
1）保温段温度上升速度过快；
2）保温段温度低；
3）保温周期短。
       空洞
1）保温段温度低；
2）保温周期短。
       生焊
1）焊接段熔焊温度低；
2）焊接段熔焊周期短。
       板面或元件变色
1）焊接段熔焊温度过高；
2）焊接段熔焊周期太长。

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