回流焊接工艺的经典PCB温度曲线

回流焊接工艺的经典 PCB 温度曲线
本文介绍对于回流焊接工艺的经典的 PCB 温度曲线作图方法，分析了两种最常见
的回流焊接温度曲线类型：保温型和帐篷型...。
　　经典印刷电路板(PCB)的温度曲线(profile)作图，涉及将 PCB 装配上的热电
偶连接到数据记录曲线仪上，并把整个装配从回流焊接炉中通过。作温度曲线有
两个主要的目的：1) 为给定的 PCB 装配确定正确的工艺设定，2) 检验工艺的连
续性，以保证可重复的结果。通过观察 PCB 在回流焊接炉中经过的实际温度(温
度曲线)，可以检验和/或纠正炉的设定，以达到最终产品的最佳品质。
　　经典的 PCB 温度曲线将保证最终 PCB 装配的最佳的、持续的质量，实际上降
低 PCB 的报废率，提高 PCB 的生产率和合格率，并且改善整体的获利能力。
回流工艺
　　在回流工艺过程中，在炉子内的加热将装配带到适当的焊接温度，而不损伤
产品。为了检验回流焊接工艺过程，人们使用一个作温度曲线的设备来确定工艺
设定。温度曲线是每个传感器在经过加热过程时的时间与温度的可视数据集合。
通过观察这条曲线，你可以视觉上准确地看出多少能量施加在产品上，能量施加
哪里。温度曲线允许操作员作适当的改变，以优化回流工艺过程。
　　一个典型的温度曲线包含几个不同的阶段 - 初试的升温(ramp)、保温
(soak)、向回流形成峰值温度(spike to reflow)、回流(reflow)和产品的冷却
(cooling)。作为一般原则，所希望的温度坡度是在 2~4°C 范围内，以防止由于
加热或冷却太快对板和/或元件所造成的损害。
　　在产品的加热期间，许多因素可能影响装配的品质。最初的升温是当产品进
入炉子时的一个快速的温度上升。目的是要将锡膏带到开始焊锡激化所希望的保
温温度。最理想的保温温度是刚好在锡膏材料的熔点之下 - 对于共晶焊锡为
183°C，保温时间在 30~90 秒之间。保温区有两个用途：1) 将板、元件和材料
带到一个均匀的温度，接近锡膏的熔点，允许较容易地转变到回流区，2) 激化
装配上的助焊剂。在保温温度，激化的助焊剂开始清除焊盘与引脚的氧化物的过
程，留下焊锡可以附着的清洁表面。向回流形成峰值温度是另一个转变，在此期
间，装配的温度上升到焊锡熔点之上，锡膏变成液态。
　　一旦锡膏在熔点之上，装配进入回流区，通常叫做液态以上时间(TAL,
time above liquidous)。回流区时炉子内的关键阶段，因为装配上的温度梯度必
须最小，TAL 必须保持在锡膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在
这个阶段达到的 - 装配达到炉内的最高温度。
　　必须小心的是，不要超过板上任何温度敏感元件的最高温度和加热速率。例
如，一个典型的钽电容具有的最高温度为 230°C。理想地，装配上所有的点应
该同时、同速率达到相同的峰值温度，以保证所有零件在炉内经历相同的环境。
在回流区之后，产品冷却，固化焊点，将装配为后面的工序准备。控制冷却速度
也是关键的，冷却太快可能损坏装配，冷却太慢将增加 TAL，可能造成脆弱的焊
点。
　　在回流焊接工艺中使用两种常见类型的温度曲线，它们通常叫做保温型
(soak)和帐篷型(tent)温度曲线。在保温型曲线中(图一)，如前面所讲到的，装
配在一段时间内经历相同的温度。帐篷型温度曲线(图二)是一个连续的温度上
升，从装配进入炉子开始，直到装配达到所希望的峰值温度。
图一、典型的保温型温度曲线
图二、典型的帐篷型温度曲线
　　所希望的温度曲线将基于装配制造中使用的锡膏类型而不同。取决于锡膏化
学组成，制造商将建议最佳的温度曲线，以达到最高的性能。温度曲线的信息可
以通过联系锡膏制造商得到。最常见的配方类型包括水溶性(OA)、松香适度激化
型(RMA, rosin mildly activated)和免洗型(no-clean)锡膏。
温度曲线的机制
　　经典的 PCB 温度曲线系统元件
　　一个经典的 PCB 温度曲线系统由以下元件组成：