SMT工厂回流焊温度曲线和焊接工艺设置

焊膏特性决定回流温度曲线的基本特性。不同的焊膏由于合金焊料粉末及助焊剂化学 组分不同，它的化学变化对温度有不同的要求,对回流温度曲线也有不同的要求。一般焊膏 供应商都能提供一条参考回流曲线，用户可在此基础上根据自己的产品特性优化。下面以熔点为217 °C的无铅焊膏Sn96.3 Ag3.2Cu0.5为例，介绍2种典型的温度曲线。

1）常规温度曲线

常规温度曲线分为预热区、保温区、回流区和冷却区4个主要阶段，这 种温度曲线在加热时有一段保温时间，故SMA表面温度较为均匀，即使PCB上元器件大小 不均匀、组装密度比较大时,SMA表面温度仍较均匀。因此，当PCB上元器件大小不均匀、 组装密度比较大时需用这种温度曲线。

（1）预热阶段。把PCB温度加热到150 升温速率小于2 T/s,称预热阶段（preheat）。预热阶段的目的是把焊膏中较低熔点的溶剂挥发掉。焊膏中助焊剂的主要成分包括松 香、活性剂、黏度改善剂和溶剂。溶剂的作用主要是作为松香的载体和保证焊膏的存储时 间。预热阶段需把过多的溶剂挥发掉,但是一定要控制升温速率。太高的升温速率会造成 元件的热应力冲击,损伤元件或降低元件性能和寿命，后者带来的危害更大。另一个原因是 太高的升温速率会造成焊膏的塌陷，引起短路的危险，并且太高的升温速率使得溶剂挥发速 度过快，容易溅出金属成分，出现锡珠。

(2) 保温阶段。把整个板子缓慢加热到170 使电路板达到温度均匀,称保温或均热阶段(soak 或 equilibrium) _o 时间一般为 70 ~ 120 s，在这个阶段,温度上升速度缓慢。保温阶段的设定主要应参考焊膏供应商的建议和 PCB板热容的大小。保温阶段有3个作用，一是使整个PCB都能达到均匀的温度，减少进入 回流区的热应力冲击，以及其他焊接缺陷，如元件翘起等;二是焊膏中的助焊剂开始发生活 性反应，增大焊件表面润湿性能,使得熔融焊料能够很好地润湿焊件表面;三是进一步挥发 助焊剂中溶剂。由于保温阶段的重要性，保温的时间和温度必须得到有效控制，既要保证助焊剂能很好 地清洁焊接面，又要保证助焊剂到达回流之前没有完全消耗掉，在回流阶段能够起到防止再 氧化的作用。

(3) 回流阶段。把板子加热到融化区，使焊膏融化，板子达到最高温度，一般是230 ~ 245无，称回流阶段(reflow)₀液相线以上时间一般是30~60s_o回流阶段温度继续升高越过回流线,焊膏融化并发生润湿反应,开始生成金属间化合物 层,最终到达峰值温度。回流阶段峰值温度是由焊膏的化学成分、元器件的特性和PCB材料 决定的。回流阶段如果峰值温度太高，电路板有可能会烧伤或者烧焦;如果峰值温度太低, 焊点会呈现灰暗和粒状。因此这个温区的峰值温度,应该高到足以使助焊剂充分起作用，而 且湿润性很好，但它不应该高到导致元件或者电路板损坏、变色或者烧焦的程度。回流阶段 应考虑温度的上升斜率，不能使元件受到热冲击。回流时间应该在保证元件完成良好焊接 的前提下越短越好，一般为30~60 s最好。过长的回流时间和较高温度，会损坏易受温度影 响的元件，也会导致金属间化合物层过厚，使焊点变得很脆，降低焊点的抗疲劳能力。

(4) 冷却阶段。温度下降的过程,称为冷却阶段(cooling),冷却速率为3~5。冷却阶段的重要性往往被忽视。好的冷却过程对焊接的最后结果也起着关键作用。较 快的冷却速度可以细化焊点微观组织，改变金属间化合物的形态和分布，提高焊料合金的力 学性能。对于实际生产中的无铅焊接,在不对元器件产生不利影响的情况下,冷却速率的提 高通常也能减少缺陷，提高可靠性。但是太快的冷却速率，会造成对元器件的冲击和应力集 中，使产品的焊点在使用过程中过早失效,因此回流焊接必须提供良好的冷却曲线。

2）蓬状温度曲线

蓬状温度曲线分为升温区、预热区、快速升温区、回流区、冷却区5个主要阶段，如图 5 -3所示。釆用这种温度曲线时,SMA从室温到峰值温度其升温速率基本相同，SMA受到 的热应力较小;但当所焊接的PCB上元器件不均匀时,SMA表面温度不够均匀;质量大、吸 热量多的元器件焊接温度达不到要求。因此这种温度曲线主要适用于PCB上元器件大小较 均匀的场合。