回流焊曲線講解--FLASH

1、SMT回流焊曲線講解回流焊曲線講解 PE Team 2009.06.05 目錄 n回流焊接的定義 n測試回流曲線的意義 n錫膏的回流過程 n常見回流曲線分區(qū)及其作用 n如何來設定爐溫曲線 n爐溫曲線圖解 n常見回流曲線類型介紹 n如何利用優(yōu)化Profile 曲線來提高產品制程良率 回流焊接定義 回流焊接就是使用回焊爐提供一種加熱環(huán)境,使欲焊接 的產品的焊錫膏受熱融化,從而讓表面貼裝的元器件和PCB 焊盤通過焊錫膏合金可靠的結合在一起的一種焊接工藝. 回流焊接工藝到目前有兩種加熱模式,熱風對流和紅 外線加熱. 測試回流曲線的意義 測試Profile是為某種PCB裝配確定正確的工藝設定。 檢驗工藝

2、的連續(xù)性，以保證可重復的結果，通過觀察 PCB在回流焊接爐中的實際溫度（溫度曲線），可以檢驗 和糾正爐子的設定，以達到最終產品的最佳品質。 保證最終PCB裝配的持續(xù)質量，降低報廢率，提高PCB生 產率和合格率。 錫膏的回流過程 1. 用于達到所需粘度和絲 印性能的溶劑開始蒸發(fā) ，溫度上升必需慢(大約 每秒3 C)，以限制沸 騰和飛濺，防止形成小 錫珠，還有，一些元件 對內部應力比較敏感， 如果元件外部溫度上升 太快，會造成斷裂. 當錫膏至于一個加熱的環(huán)境中，錫膏回流分為當錫膏至于一個加熱的環(huán)境中，錫膏回流分為五個階段五個階段 n2.助焊劑活躍，化學清洗行動 開始，水溶性助焊劑和免洗 型助焊劑都

3、會發(fā)生同樣的清 洗行動，只不過溫度稍微不 同。將金屬氧化物和某些污 染從即將結合的金屬和焊錫 顆粒上清除。好的冶金學上 的錫焊點要求“清潔”的表 面。 n3.當溫度繼續(xù)上升，焊錫顆粒 首先單獨熔化，并開始液化 和表面吸錫的“燈草”過程 。這樣在所有可能的表面上 覆蓋，并開始形成錫焊點。 n4. 這個階段最為重要，當單 個的焊錫顆粒全部熔化后，結 合一起形成液態(tài)錫，這時表面 張力作用開始形成焊腳表面， 如果元件引腳與PCB焊盤的間 隙超過4mil，則極可能由于表 面張力使引腳和焊盤分開，即 造成錫點開路。 n5. 冷卻階段，如果冷卻快，錫 點強度會稍微大一點，但不可 以太快而引起元件內部的溫度

4、應力 常見回流曲線分區(qū)及其作用 常規(guī)的曲線由四個部分或區(qū)間組成，分別是預熱區(qū),恒溫 區(qū),融錫區(qū)和冷卻區(qū),其中,前面三個區(qū)都是加熱區(qū)、最后一個 區(qū)為降溫區(qū)。爐子的溫區(qū)越多，越能使溫度曲線的輪廓達到更 準確和接近設定。大多數(shù)錫膏都能用四個基本溫區(qū)成功回流, 達到理想的焊接效果. 預熱區(qū) 也叫斜坡區(qū),用來將PCB 的溫 度從周圍環(huán)境溫度提升到所須的 活性溫度.在這個區(qū),產品的溫度 須以0.53C/sec 的速度連續(xù) 上升。溫度升的太快會引起某些 缺陷，如陶瓷電容的細微裂紋； 溶劑來不及揮發(fā)，造成slump 效 應，此時錫膏尚為固態(tài)狀態(tài)，加 上助焊劑成為一固、液態(tài)混合物， 錫珠和坍塌效應比較容易產生，

5、 而溫度上升慢，錫膏會感溫過度， 爐的預熱區(qū)一般占到整個加熱通 道長度的2533%此段溫度點主要 取決于溶劑的揮發(fā)溫度以及松香 的軟化點。 活性區(qū) 該區(qū)有時叫做浸濕區(qū)， 這個區(qū)一般占加熱通道的 33-50%，它有兩個功用，第 一是將PCB在相當穩(wěn)定的溫 度下感溫，允許不同質量的 元件在溫度上同質，減少它 們的相對溫差。第二個功能 是，允許助焊劑活性化，揮 發(fā)性物質從錫膏中揮發(fā)。一 般普遍的活性溫度范圍是 120150C。 有時叫做峰值區(qū)或最后升溫區(qū)。 這個區(qū)的作用是將PCB裝配的溫度從 活性溫度提高到所推薦的峰值溫度。 活性溫度總是比合金的熔點溫度低 一點，而峰值溫度總是在熔點上。 典型的峰值

6、溫度范圍是有 鉛:205230C，無鉛:230250C, 這個區(qū)的溫度設定太高會使其溫升 斜率超過每秒25C，或達到回流 峰值溫度比推薦的高。這種情況可 能引起PCB的過分卷曲、脫層或燒損， 并損害元件的完整性。 回流區(qū) 理想的冷卻區(qū)曲線應該 是和回流區(qū)曲線成鏡像關系。 越是靠近這種鏡像關系，焊點 達到固態(tài)的結構越緊密，得到 焊接點的質量越高，結合完整 性越好。此區(qū)推薦降溫斜率1 slope 4度/秒,降溫斜率越大 ,焊點越光亮,硬度也越大,容 易產生錫裂異常,降溫斜率越 小,焊點越灰暗,硬度也越小, 影響產品外觀. 冷卻區(qū) 1.1.制制作溫度曲線第一個作溫度曲線第一個需要需要考慮考慮的的參數(shù)

7、是傳輸帶的速參數(shù)是傳輸帶的速 度，該設定將決定度，該設定將決定PCBPCB在加熱通道所花的時間。在加熱通道所花的時間。 常規(guī)常規(guī)的錫膏制造廠參數(shù)要求的錫膏制造廠參數(shù)要求3434分鐘的加熱曲線，用總分鐘的加熱曲線，用總 的加熱通道長度除以總的加熱感溫時間，即為準確的傳輸?shù)募訜嵬ǖ篱L度除以總的加熱感溫時間，即為準確的傳輸 帶速度，例如，當錫膏要求四分鐘的加熱時間，使用六英帶速度，例如，當錫膏要求四分鐘的加熱時間，使用六英 尺加熱通道長度，計算為：尺加熱通道長度，計算為：6 6 英尺英尺 4 4 分鐘分鐘 = = 每分鐘每分鐘 1.5 1.5 英尺英尺 = = 每分鐘每分鐘 18 18 英寸。英寸。

8、 2.2.制制作溫度曲線第作溫度曲線第二二個個需要需要考慮考慮的的參數(shù)參數(shù)是是各個區(qū)的各個區(qū)的 溫度設定，溫度設定，相臨兩個溫區(qū)的設定溫差不能超過相臨兩個溫區(qū)的設定溫差不能超過6060C,單個單個 溫區(qū)的最高溫度溫區(qū)的最高溫度有鉛產品不能超過有鉛產品不能超過280280C,C,無鉛產品不無鉛產品不 能超過能超過300300C.C. 3.3.設置好爐溫設置好爐溫, ,待爐溫達到預設溫度后待爐溫達到預設溫度后, ,使用相關測使用相關測 溫板和測溫儀器進行測試溫板和測溫儀器進行測試, ,每項參數(shù)必須符合相關產品的每項參數(shù)必須符合相關產品的 工藝要求工藝要求, ,如果達不到相關工藝要求需要從新優(yōu)化如果

9、達不到相關工藝要求需要從新優(yōu)化. . 設定錫膏回流溫度曲線方法 曲線圖解 常見回流焊接爐溫曲線 升溫-保溫-回流（RSS）俗稱”保溫型溫度曲線” 升溫-保溫-回流（RSS）俗稱“保溫型溫度曲線”。保 溫區(qū)的唯一目的是減少或消除大的T，保溫應該在裝配在 達到焊錫回，流之前，把裝配上所有零件的溫度達到均衡， 使所有的零件同時回流。適用于RMA或免洗化學成分，但 一般不推薦用于水溶化學成分，因為RSS保溫區(qū)可能過早 地破壞錫膏活性劑，造成不充分的潤濕。開始以一個陡坡升 溫，在90秒內達到150C，最大速率可達，23C/秒， 隨后在150170C間，將裝配保溫90秒，保證所有類型元 件都達到橫溫，保溫

10、區(qū)后，進入回流區(qū)，在183C以上回 流60（+/-15）秒。并在210220C的峰值階段持續(xù)3540 秒鐘。最后冷卻速率控制在4C/秒左右。一般，較快的冷 卻速率可得到較小的顆粒結構和較高的強度和較亮的焊點， 可是超過4C/秒會引起溫度的沖擊，應該避免！ 保溫型溫度曲線 常見回流焊接爐溫曲線 升溫-到-回流（RTS）俗稱“帳篷型溫度曲線” 帳篷型溫度曲線 n升溫-到-回流（RTS）俗稱 “帳篷型溫度曲線”,RTS可用 于任何化學成分及合金，為水溶錫膏和難于焊接的合金與零 件所首選，而且隨著電子裝配趨勢的發(fā)展，微型、甚至超微 型電子的普遍推廣，RTS是必然的首選，如果PCB上存在 較大T，例如電

11、源板的變壓器、眾多的連接器，或工序中 使用了夾具或效率低的回流焊爐，那么RTS可能不為適當?shù)?溫度曲線選擇。簡單的說，RTS是一條從室溫到回流峰值的 溫度漸升曲線，RTS曲線升溫區(qū)是預熱，在這里助焊劑被激 化、揮發(fā)物被揮發(fā)、并防止溫度沖擊，RTS典型的升溫速率 為0.61.8C/秒。升溫的最初的90秒應盡可能保持線性。 常見爐溫異常的排除方法 錫珠（Solder bead) 錫珠一般是一顆或一些大的焊錫球，通常出現(xiàn)在 片狀電阻或電容旁邊或密間距芯片引腳周圍。 產生原因:錫膏印刷過量、被焊體可焊性差、升溫 過慢等,過慢的升溫速度，引起毛細管作用，將未 回流的錫膏回吸到元件下面，而后在回流期間，

12、這些錫膏熔融，這時由于不同面積的表面張力及 其差力的剪切力，這些液態(tài)錫被擠出并聚集在元 件旁邊。 解決方案：適當提高升溫斜率，分段嘗試，直到 解決為止。 錫球（Solder Ball) 錫球一般是一些大的焊錫球，通常出現(xiàn)在 焊盤邊沿，它跟錫珠是有本質區(qū)別的，錫珠 往往只有一顆出現(xiàn)在CHIP件等的本體邊上， 而錫球往往有好幾顆，而且是在焊盤旁或測 試點上. 發(fā)生原因:過快的升溫速度，導致錫膏內助焊 成分及少許水分來不及揮發(fā)，在進入熔融階 段導致錫爆產生，微小的融金顆粒爆離在焊 盤周圍，而后有牽引力和張力使其聚攏，形 成錫珠。 解決方案：適當降低升溫斜率，拉長預熱時 間，分段嘗試，直到解決為止。

13、立碑（Tombstone) 立碑一般出現(xiàn)在0402、0603元件 較多,元件一端與PCB PAD良好焊接而 另一點沒有形成焊接。 產生原因:它通常是不相等的溶濕力的 結果，使得回流后元件在一端上站立 起來,從而產生立碑現(xiàn)象。 解決方案：我們可以通過將被焊組件 在爐腔內以145C-150C的溫度預 熱1-2分鐘，然后在汽相焊的平衡區(qū)內 再預熱1分鐘左右，最后緩慢進入飽 和蒸汽區(qū)焊接. 橋接（Bridge) 橋接，俗稱短路，它是指原本 不相導通的兩個或幾個電極或電 路由于種種原因相互導通了。 發(fā)生原因:也是多種多樣的。過快 的預熱升溫斜率。溫度與錫膏的 自身粘度是成正比的，過快的升 溫斜率，使得錫

14、膏粘度在瞬間減 低，引起塔陷；同時也容易因為 錫爆而短路。 解決方案：保證爐溫在預熱區(qū)的 斜率控制在0.5-3.0C/S 不浸潤（Poor wetting) 不浸潤，也叫潤濕不良或潤濕不均勻。 總錫量正常，但未充分潤濕焊盤或被 焊者的焊接面，它也是有多種原因造 成的,爐溫曲線方面體現(xiàn)在:回流時間過 長，或過于平緩的冷卻斜率?；亓鲿r 間過長及降溫時間過長、斜率過慢， 都容易引起二次氧化，從而導致成品 焊點光潔度不夠、甚至浸潤不良。 解決方案：一般目前常用的錫膏和爐 溫都將合金熔點以上的回流時間控制 在60-90秒之間，冷卻速率控制在 4C/S以下，基本上繪制的爐溫曲線 通過最高Peak 頂點畫射

15、線為拋物線中 心線，則回流區(qū)的上升曲線與冷卻的 下降曲線成鏡象線即可。 空洞（Voiding) 空洞，指的是在正常的錫點內存在的氣泡或雜 質的空隙?？斩慈毕萦媚恳暀z查法是比較困難的， 通常使用X-RAY 或5D/3DX 進行切片分析后可以 得到論證。 空洞引起的危害也是非常大的，空洞達到一定 尺寸后容易引起錫裂，小型的空洞也會降低產品 的使用穩(wěn)定性。 發(fā)生原因:不當使用RSS 保溫類型曲線，過長的恒 溫時間，反復氧化。 解決方案：降低Profile 起始溫度，適當使用RTS 溫度曲線，縮短恒溫時間到最小，減少二次氧化 概率，減少清氧殘渣。縮短預熱到回流的時間， 普通的產品可以將爐溫曲線從預熱到熔融優(yōu)化成 接近直線的曲線，意其預熱-共溫-潤濕-共晶連 續(xù)直線完成，但不建議其斜率超過2.5C/S 反浸潤（Dewetting) 反浸潤，也叫反潤濕或燈芯作 用。它是