回流焊炉温曲线的设定剖析

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1、回流焊炉温曲线的设定 讲师：王勇 1 学习的目标: 课程结束时你会对SMT不同的回流焊接 过程有一个大致的了解. 2 内容介绍 1. 良好的回流焊接的效果所需的要素 2. RSS炉温曲线的设定 3. RTS炉温曲线的设定 4. 有铅与无铅炉温曲线的分析对比 3 良好的回流焊接效果取决于下列要素: 1. 设备 2. 作业方法 3. 物料 4. 环境 5. 作业人员 4 1.设备 炉子 传输轨道 供应商支持 加热区 冷却区 5 2. 方法 焊接曲线 Preheat预热 Soak or linear浸润区或直线 Reflow回流 Cooling冷却 Conveyor speed链条速度 6 3. 材

2、料 焊接材料 Flux助焊剂 Alloy 合金 Alloy Particle size金属颗粒的大小 Components电子元件 焊接环境 氮气 空气 7 4. 环境 生产环境 周围温度 相对湿度 灰尘 空气流动 8 5. 作业人员 培训 知识 意识 9 电子产品焊接对焊料的要求 1.焊接温度要在相对较低的温度下进行,以保证元器件不受热力冲击而损坏. 2.熔融焊料必须在被焊金属表面有良好的流动性,有利于焊料均匀分布,并为润 湿奠定基础. 3.凝固时间要短,有利于焊点成型,便于操作. 4.焊点外观要好,便于检查. 5.导电性能好,并有足够的机械强度. 6.抗蚀性好.(特别是军事,航天,通信及大

3、型计算机) 7.焊料的原料来源应广泛,即组成焊料的金属矿产应丰富,价格低廉,才能保证稳 定供货. 10 回流焊温度曲线（Reflow Profile ） 定义: 记录PCB板在以一定速度经过回流焊时，PCB板上温度变化轨 迹图。 所需设施： 1.温度传感器（线）； 2.已校正测温仪 ； 3.PCB板或实装板； 4.用于固定传感器的介质（耐高温胶布；耐高温焊锡；高温固化胶 ）； 5.焊接设备； 6.曲线规格。 11 测温板的制作热电偶线的连接过程 12 13 红胶 铝胶带 热电偶线 14 回流炉 15 Ramp-Soak-Spike RSS炉温区域的划分 预热段：(Preheat Zone) 该

4、区域的目的是把室温的PCB尽快加热，以达到第二个特定目标，但升温速率 要控制在适当范围以内，如果过快,会产生热冲击，电路板和元件都可能受损 ，过慢，则溶剂挥发不充分，影响焊接质量。由于加热速度较快，在温区的 后段SMA内的温差较大。为防止热冲击对元件的损伤。一般规定最大速度为 4C/S。然而，通常上升速率设定为13C/S。典型的升温度速率为2C/S. 保温段：(Soaking Zone) 是指温度从120C/S150C/S升至焊膏熔点的区域。保温段的主要目的是使 SMA内各元件的温度趋于稳定，尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时 间使较大元件的温度赶上较小元件，并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥

5、发。 到保温段结束，焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去，整个电路板的 温度达到平衡。应注意的是SMA上所有元件在这一段结束时应具有相同的温 度，否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。 16 回流段: 在这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的温度快速上升至峰 值温度。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，一般推 荐为焊膏为焊膏的溶点温度加20-40C.对于熔点为183C的63Sn/37Pb 焊膏和熔点为179C的Sn62/Pb36/Ag2膏焊，峰值温度一般为210- 230C/S，再流时间不要过长，以防对SMA造成不良影响。理想的温度 曲线是超过焊锡熔点的“

6、尖端区”覆盖的体积最小。 冷却段 这段中焊膏中的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面，应该用尽 可能快的速度来进行冷却，这样将有助于得到明亮的焊点并有好的外 形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的更多分解而进入锡中， 从而产生灰暗毛糙的焊点。在极端的情形下，它能引起沾锡不良和弱 焊点结合力。冷却段降温速率一般为34C/S冷却至75C即可。 17 1. 温度不够使助焊剂挥发 2. 元件破裂,焊料飞溅 (锡珠), 焊膏蹋陷 (锡桥) 3. 过多的助焊剂挥发 (不润湿) 4. 不能激发助焊剂的活性(不润湿) 5. 助焊剂的残留和空洞的形成 6. 元件和板的损坏. 18 19 20 220 240

7、180 200 140 160 100 120 60 80 20 40 0 30 90 60 0 120 150 180 210 240 270 300 Time (Seconds) Temperature (C) 1.3 - 1.6C/Sec Peak Temp. 210 - 225C Reflow Zone ( 2.0 min. max. ) 60 - 90 sec. typical Soaking Zone 0.5 - 0.6 C/ Sec 3 C/ Sec Pre-heating Zone ( 2.0 - 4.0 min. max.) (30 - 90 sec. max.) 30 -

8、60 sec. typical 标准的 RSS 回流焊接曲线 合金: SnPb 63/37 21 Ramp-Soak-Spike 22 Ramp-Soak-Spike - RSS 在今天 RSS炉温曲线运用的越来越少了. 因为焊接材料的改进 强制对流的炉子的引入. 在今天大多数的焊料不需要提供保温区去激活助焊剂 而达到合适的润湿. 23 设定RTS温度曲线 RTS曲线简单地说就是一条从室温到回流峰 值温度的温度渐升曲线，RTS曲线温升区其 作用是装配的预热区，这里助焊剂被激化 ，挥发物被挥发，装配准备回流，并防止 温度冲击。RTS曲线典型的升温速率为每秒 0.61.8 C。升温的最初90秒钟应

9、该尽可 能保持线性。 24 RTS曲线回流区是装配达到焊锡回流温度的 阶段。在达到150 C之后，峰值温度应尽 快地达到，峰值温度应控制在215( 5) C，液化居留时间为60( 15)秒钟。液化 之上的这个时间将减少助焊剂受夹和空洞 ，增加拉伸强度。和RSS一样，RTS曲线长 度也应该是从室温到峰值温度最大3.54分 钟，冷却速率控制在每秒4 C。 25 Ramp To Spike 26 Ramp to Spike RTS 直线型 RTS在混装型焊接中有时会导致较大的(Delta T),即同一板面 的温差较大,在些会超 过10C. 使用RSS曲线可以很好的降低Delta T,实际生产中根据需

10、要 调整. 27 有铅和无铅焊料的比较 锡是延展性很好的银白色的金属,质地软,熔点是:231.9C 铅也是质地柔软并呈灰色的金属,熔点:327.4 C 1. 锡铅比例: Sn63Pb37 焊料的熔点:183 C 2. 锡银铜:Sn96.5Ag3.0Cu0.5 (SAC305) 焊料的熔点:217 C-221 C 所以无铅焊接所需要的温度更高, 在无铅制程中存在更大的 担忧! 28 220 240 180 200 140 160 100 120 60 80 20 40 0 30 90 60 0 120 150 180 210 240 270 300 Time (Seconds) Temperat

11、ure (C) 1.3 - 1.6C/Sec Peak Temp. 210 - 225C Reflow Zone ( 2.0 min. max. ) 60 - 90 sec. typical Soaking Zone 0.5 - 0.6 C/ Sec 3 C/ Sec Pre-heating Zone ( 2.0 - 4.0 min. max.) (30 - 90 sec. max.) 30 - 60 sec. typical 标准的 RSS 回流焊接曲线 合金: SnPb 63/37 29 考虑: 1.混合焊接元件本体温度 (如:CCGA) 和SOT-23)温度的不同可能相差20 oC 2.

12、加热速率需要0.75oC/sec) 且不超 过零件包装的温度的上限. 在焊接前长时间的爆露增加氧化的发生. 200 150 100 50 250 -5oC/sec Soak (60-180 sec) 235oC (10 seconds) Minimum All Solder Joints 217-220oC (熔点) Temperature (C) Time (sec) 3oC/sec 3oC/sec 3oC/sec Reflow (45-120 sec) 3oC/sec -5oC/sec Upper Limit Dictated by Component Body Temperature L

13、imits. Typical Specifications are: 245oC, 250oC, or 260oC. 建议的焊料合金: SnAgCu PreheatCooldown 60120180240300360420480540600660720880 目标峰值温度 235oC - 245oC PbPb-Free -Free SnSn/Ag/Cu SAC305/Ag/Cu SAC305 30 用锡铅合金与无铅合金焊料形成的焊点主要不同 在于： 焊料的外观 标准给出了两者的目检要求 下述标记特指无铅焊点图例 无铅合金多具有: 表面粗糙（颗粒状或灰暗） 不同的润湿接触角（无铅焊点润湿接触角偏大） 所有焊料填充的其他要求相同 无铅焊接效果与有铅焊接效果的比较 31 图 5-4 锡铅焊料；免洗工艺 图 5-5 锡银铜焊焊料；免洗工艺 32 图 5-6 锡铅焊料；水溶性助焊剂 图 5-7 锡银铜焊料；水溶性助焊剂 33 图 5-8 锡铅焊料；水溶性助焊剂 图 5-9 锡银铜焊料；水溶性助焊剂 34 图 5-10 锡银铜焊焊料；免洗工艺；氮气回流 图 5-11 锡银铜焊焊料；免洗工艺；空气回流 35 图 5-16 锡铅焊料（SnPb） 图 5-17 锡银铜焊料（SnAgCu） 36 图 5-14 锡铅焊料；免洗工艺 图 5-15 锡银铜焊焊料；免洗工艺 37 Q&AQ&A 38