回流焊接溫度曲線的擬合研究

萬學(xué)斌

摘 要：在SMT回流焊接過程中，影響焊接質(zhì)量的因素很多，而錫膏供應(yīng)商提供的回流焊溫度曲線是在出廠條件下測(cè)試的，對(duì)于生產(chǎn)者來說借鑒價(jià)值不高。本文分析了影響回流焊質(zhì)量的各方面因素，并優(yōu)化了回流焊溫度曲線。

關(guān)鍵詞：回流焊接;溫度曲線;擬合

中圖分類號(hào)：TM383.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）32-0053-02

Analysis of the Fitting of Reflow Soldering Temperature Curve

WAN Xuebin

（HuBei Polytechnic Institute，Xiaogan Hubei 432000）

Abstract： In the SMT reflow soldering process， there are many factors affecting the soldering quality， and the reflow soldering temperature curve provided by the solder paste supplier is tested under the factory conditions， and the reference value for the producer is not high. This paper analyzed various factors affecting the quality of reflow soldering and optimized the reflow soldering temperature profile.

Keywords： reflow soldering;temperature curve;fitting

隨著科技不斷發(fā)展進(jìn)步，電子產(chǎn)品種類和數(shù)量越來越多，SMT技術(shù)應(yīng)用范圍也不斷拓展。SMT是表面貼裝技術(shù)的簡(jiǎn)稱，主要工藝有錫膏印刷、元件貼裝和回流焊接，其中回流焊接是一種群焊模式，PCBA上所有焊點(diǎn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)一起完成，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有著很大的影響。影響回流焊接質(zhì)量的因素很多，因此對(duì)回流焊接溫度曲線的擬合進(jìn)行研究，得出適用于自身設(shè)備要求的溫度曲線就顯得尤為重要[1-3]。

1 回流溫度曲線擬合依據(jù)

適當(dāng)?shù)幕亓鳒囟惹€是保證回流焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，綜合考慮多方面因素后，得到相關(guān)函數(shù)表達(dá)式，如式（1）所示。

[W=ft]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：[W]為溫度;[t]為時(shí)間。

在選擇與產(chǎn)品相匹配的錫膏時(shí)，一方面要根據(jù)錫膏供應(yīng)商提供的回流溫度曲線，另一方面還要針對(duì)不同產(chǎn)品和設(shè)備特點(diǎn)擬合具體回流溫度曲線。換句話說，供應(yīng)商提供的溫度曲線是擬合回流爐溫度曲線的基礎(chǔ)，擬合回流溫度曲線主要需要考慮以下內(nèi)容。

1.1 產(chǎn)品材料

根據(jù)PCB板使用材料熱特性、板材厚度、層數(shù)和尺寸大小進(jìn)行設(shè)置。例如，對(duì)于層數(shù)多、厚度大、尺寸大的PCB板可適當(dāng)延長預(yù)熱時(shí)間。同時(shí)，還要考慮元件吸熱快慢，對(duì)于吸熱快的PCB板，可適當(dāng)?shù)乜s短預(yù)熱時(shí)間。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備

根據(jù)回流焊接設(shè)的具體情況進(jìn)行擬合，必須對(duì)回流爐結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和加熱方式有一個(gè)全面了解。回流焊接爐按加熱方式可分為熱風(fēng)回流爐和紅外回流爐兩種。

熱風(fēng)回流爐是通過熱傳導(dǎo)方式工作，考慮其特點(diǎn)，可適當(dāng)縮短預(yù)熱區(qū)、活性區(qū)和冷卻區(qū)曲線段時(shí)間，延長回流區(qū)時(shí)間;紅外爐是通過熱輻射方式工作，考慮其特點(diǎn)，可適當(dāng)延長預(yù)熱和活性曲線段時(shí)間，縮短回流區(qū)時(shí)間。

1.3 溫度傳感器位置

溫度傳感器量測(cè)溫度時(shí)置于爐中位置不同，測(cè)量差別也較大。擬合溫度曲線時(shí)一定要把顯示溫度折算成實(shí)際溫度才有效[4]。

實(shí)際擬合回流溫度曲線時(shí)，一般制具進(jìn)入回流爐后利用爐溫測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試出的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，利用專用測(cè)試軟件，結(jié)合錫膏供應(yīng)商提供的溫度曲線進(jìn)行曲線數(shù)據(jù)分析，得到合理回流溫度曲線，可大幅度縮短擬合回流溫度曲線時(shí)間，提高工作效率。

2 回流焊溫度曲線

一般回流焊典型溫度曲線分為四個(gè)工作區(qū)間，分別是預(yù)熱區(qū)、活性區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)。典型回流焊接溫度曲線如圖1所示。

2.1 預(yù)熱區(qū)

該區(qū)目的是把室溫PCBA均勻加熱到活性溫度，考慮到PCB板和元器件耐溫性和助焊劑活性。通常加熱速率為1～3℃/s。在這里主要考慮PCB材料、層數(shù)以及助焊劑揮發(fā)性等因素。

2.2 活性區(qū)

活性區(qū)主要目的是保證PCBA進(jìn)入該溫度區(qū)時(shí)溫度一致。若時(shí)間過長，可能導(dǎo)致助焊劑蒸發(fā)太快，助焊劑減少，引起引腳與焊盤的氧化，減弱焊膏的上錫能力，出現(xiàn)虛焊、生焊等不合格焊點(diǎn);若時(shí)間過短，助焊劑則不能充分發(fā)揮其活性，可能造成整個(gè)PCBA溫度梯度大，導(dǎo)致焊后出現(xiàn)斷裂、焊點(diǎn)氣泡和PCB板變形等缺陷。另外，溫度上升速率過快有可能導(dǎo)致助焊劑快速氣化，引起炸錫而產(chǎn)生錫珠等缺陷，使整個(gè)PCBA報(bào)廢，所以實(shí)際中綜合考慮以上因素，一般活性區(qū)溫度選擇在100～160℃，曲線溫度上升速率低于2℃/s比較適宜。

活性區(qū)的另外一個(gè)目的是清潔和保護(hù)焊接點(diǎn)，助焊劑的沸點(diǎn)一般為125～150℃，從活性區(qū)開始助焊劑將不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)助焊劑能迅速剔除焊接點(diǎn)的氧化物和其他雜質(zhì)。

2.3 回流區(qū)

回流區(qū)的目的是把PCBA置于錫膏熔點(diǎn)之上，讓錫膏在助焊劑作用下成功回流，溫度越高助焊劑活性越強(qiáng)，焊錫黏度和表面張力越小，更加有利于焊錫浸潤焊盤。進(jìn)入該區(qū)后溫度迅速升高，此時(shí)溫度若過高，可能導(dǎo)致PCBA承受較大熱傷害，出現(xiàn)PCB發(fā)黃、覆銅起泡以及元件損害等問題;若溫度過低，又會(huì)使助焊劑活性降低，產(chǎn)生生焊、虛焊等問題。綜合以上因素，曲線峰值溫度一般為215～230℃，達(dá)到峰值時(shí)溫度持續(xù)時(shí)間為2～4s，超過焊錫熔點(diǎn)溫度183℃的持續(xù)時(shí)間為20～45s。

2.4 冷卻區(qū)

冷卻區(qū)目的是使完成焊接后的PCBA能較好冷卻，得到好的產(chǎn)品。此時(shí)若冷卻過快，雖然能得到明亮的焊點(diǎn)，但也會(huì)導(dǎo)致元件與PCB溫度梯度大，導(dǎo)致焊點(diǎn)與焊盤分裂或者出現(xiàn)PCB板變形問題;若冷卻過慢，又會(huì)使焊點(diǎn)灰暗、毛糙，焊點(diǎn)密度減小，減弱焊點(diǎn)機(jī)械結(jié)合力。綜合以上因素，冷卻區(qū)降溫速率一般在控制在4℃/s，冷卻至70℃即可。

3 結(jié)語

由于SMT技術(shù)涉及多種學(xué)科與專業(yè)知識(shí)，使得擬合溫度曲線考慮因素較多，必須反復(fù)實(shí)踐，擬合出合理的溫度曲線，保證每個(gè)溫區(qū)溫度與時(shí)間達(dá)到較佳配置狀態(tài)，達(dá)到減少缺陷、提升產(chǎn)品焊接質(zhì)量和可靠性的目標(biāo)。

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