SMT回流焊工藝溫控技術分析

柳桂陽

【摘 要】現代SMT中回流焊技術與工藝是其核心技術，在其工藝流程中有一個環節是至關重要的，即溫度控制環節。主要從SMT回流焊技術出發，針對其工藝流程中的溫度控制技術進行分析，重點闡述了回流焊各溫區溫度曲線，詳細介紹了實際溫度曲線的設置和優化處理，為回流焊參數設置提供了理論依據，從而避免了焊接過程中缺陷的發生，保證了焊接質量，提高產品的合格率。希望通過文章的分析，能夠為相關人士提供一定的參考和借鑒。

【關鍵詞】SMT；回流焊；溫度控制

隨著電子工業的快速發展，電子系統微型化、集成化要求越來越高， SMT技術以及其生產工藝也在不短的改進、推廣與發展。在電子產品生產中，對SMT技術在生產中的應用越來越廣泛，焊接質量的好壞直接影響生產的正常進行，最終會影響產品的質量及可靠性。回流焊接是SMT技術中獨特的工藝環節和技術環節，也是重要的環節，所以對回流焊接技術的開發與應用是非常重要的。

一、回流焊技術

因為回流焊技術具有“自定位效應”及“再流動”等特點，所以回流焊工藝不要求嚴格的貼裝精度，這樣也就比較容易實現高速度與高度自動化。現代SMT中對回流焊技術的應用較為廣泛，回流焊又被稱為再流焊，是對提前分配到電路板焊盤上的軟釬焊料重新熔化，最終實現引腳與表面組裝元件焊端與印制電路板焊盤之間機械和電氣連接的軟釬焊。一般回流焊主要分為四個溫度區。

二、回流焊溫度曲線各個區段介紹

通常把這個曲線分成四個區域，分別定義為升溫區，預熱恒溫區，焊接區，冷卻區。

2.1升溫區。PCB進入回流焊鏈條，從室溫開始受熱到150℃的區域叫做升溫區。升溫區的時間設置在60-90S，斜率控制在1-3℃/S之間。

2.2預熱恒溫區。預熱恒溫區PCB表面溫度由150℃平緩上升至200℃，時間設置在60S-120S之間。PCB板上各個部分緩緩受到熱風加熱，溫度隨時間緩慢上升，斜率在0.3-0.8℃/S之間。

2.3焊接區。回流區的溫度最高，SMA進入該區后迅速升溫，并超出錫膏熔點約30-40℃，即板面溫度瞬時達到210-230℃（此溫度又稱之為峰值溫度），時間約為20-30S。

2.4冷卻區。焊點溫度從液相線開始向下降低的區段稱為冷卻區。這一區域錫膏中的鉛粉已經熔化并充分潤濕了被焊接的表面，快速冷卻會得到明亮的焊點并有良好的外形及合適的接觸角。冷卻速率一般為3-10℃/S。

三、回流焊溫度曲線測試

3.1熱電偶使用說明。熱電偶是溫度控制和達到工藝路線的必備工具，分為溫區熱偶和曲線測試熱偶，溫區熱偶位于不銹鋼熱風加熱室，固定不動，曲線熱偶一般要求與PCB表面連接，否則會導致熱電偶的測量值偏離PCB表面度，從而測試出不適合的溫度曲線。

3.2曲線測試。回流溫度曲線的測試，一般采用能用電路板一同進入爐內的爐溫測試儀進行測試，測試后將數據通過輸出接口輸入計算機，通過專用測試軟件進行曲線數據分析處理，然后打印出溫度曲線。

3.3回流溫度曲線的設定分析。決定每個區的溫度設定，必須要了解實際的區間溫度不一定就是該區的顯示溫度。顯示溫度只是該區內熱敏電阻的溫度，如果熱電偶越靠近熱源，顯示的溫度將比區間溫度高，熱電偶越靠近電路板的直接通道，顯示的溫度將越能反映區間溫度。實際操作中要了解清楚顯示溫度與實際區間溫度的關系。錫膏特性參數表也是必要的，其包含的信息對溫度曲線至關重要。如所希望的溫度曲線持續時間、錫膏活性溫度、合金熔點和所希望的回流最高溫度。大多數錫膏都能用四個溫區成功回流，當最后的曲線圖盡可能與所希望的圖形相吻合時，應該把爐的參數記錄并儲存以備后用。

四、回流焊溫度曲線各個區段優化分析

4.1升溫區溫度與時間關系分析優化。該區的目標是在達到兩個特定目的的同時，把板子從室溫盡快地加熱和提升，但快速加熱不能快到造成板子或零件的損壞，也不應引起助焊劑溶劑的爆失。對大多數的助焊劑來說，這些溶劑不會迅速地揮發，因為它們必須有足夠高的沸點來防止焊膏在印刷過程中變干。通常電路板和元器件的加熱速率為1-3℃/s連續上升，如果過快會產生熱沖擊，電路板和元器件都可能受損，如陶瓷電容的細微裂紋。而溫度上升太慢，錫膏會感溫過度，溶劑揮發不充分，影響焊接質量。通常零件制造商會推薦加熱速率的極限值，一般都規定一個最大的值4℃/s以防止熱應力造成的零件損壞，更普遍的加熱速率一般是1-3℃/s。

4.2預熱恒溫區溫度與時間分析優化。預熱恒溫區最主要的目的是保證電路板上的全部元件在進入焊接區之前達到相同的溫度，電路板上的元件吸熱能力通常有很大差別，有時需延長保溫周期，但是太長的保溫周期可能導致助焊劑的喪失，導致在焊接區器件與焊料無法充分的結合與潤濕，減弱焊膏的上錫能力，太快的溫度上升速率會導致溶劑的快速氣化，可能引起吹孔、錫珠等缺陷。而過短的保溫周期又無法使活性劑充分發揮功效，也可能造成整個電路板預熱溫度的不平衡，從而導致不沾錫、焊后斷開、焊點空洞等缺陷，所以應根據電路板的設計情況及回流爐的對流加熱能力來決定保溫周期的長短及溫度值。一般保溫區的溫度在150-200℃之間，上升的速率低于2℃/s，這個區的加熱時間一般占整個溫度曲線時間的30%～50%。

4.3焊接區溫度與時間分析優化。焊接區是把電路板帶入鉛錫粉末熔點之上，讓鉛錫粉末微粒結合成一個錫球并使被焊金屬表面充分潤濕。結合和潤濕是在助焊劑幫助下進行的，溫度越高助焊劑效率越高，粘度及表面張力則隨溫度的升高而下降，這促使焊錫更快地濕潤。但過高的溫度可能使電路板承受熱損傷，并可能引起鉛錫粉末再氧化加速、焊膏殘留物燒焦、電路板變色、元件失去功能等問題的產生。而過低的溫度會使助焊劑效率低下，可能使鉛錫粉末處于非焊接狀態而增加生焊、虛焊發生的機率，因此應通過反復實驗找到理想的峰值與時間的最佳結合。在焊接區曲線的峰值一般為210-230℃，超過鉛錫合金熔點溫度179℃的持續時間應維持在20-30s之間。這個區的加熱速率一般為1.2-3.5℃/s，加熱時間一般占整個溫度曲線時間的30%～50%。

4.4冷卻區溫度與時間分析優化。冷卻區焊膏中的鉛錫粉末已經熔化并充分潤濕了被焊接表面，快速度地冷卻會得到明亮的焊點并有好的外形及合適的接觸角度。緩慢冷卻會使板材溶于焊錫中而生成灰暗和毛糙的焊點，并可能引起沾錫不良以及減弱焊點結合力的問題。冷卻區降溫速率一般為3～10℃/s，冷卻至75℃即可，此區冷卻時間占整個溫度曲線時間的15%左右。

五、結束語

隨著科學技術的不短發展，SMT生產工藝也不斷得到完善，對性價比和生產實際進行綜合的考慮。根據回流焊原理，設置及優化好合理的溫度曲線是保證焊接質量的重要環節之一。通過對溫度曲線的建立，可以為回流爐參數的設置提供準確的理論依據，不合理的溫度曲線會出現虛焊、立碑、錫球多等焊接缺陷，直接影響到產品的質量。

【參考文獻】

[1] 謝青松、趙立博，SMT表面貼裝技術工藝應用與探討[J].船電技術，2009（10）：36-37.

[2]鄧北川，申良.SMT回流焊工藝分析及其溫控技術實現[J].電子工藝技術.2008（1）.