引言:自80年代以來，電子產(chǎn)品以驚人的速度向輕薄短小和高性能化方向發(fā)展，在這個過程中表面組裝技術(shù)(SMT)的普及應(yīng)用起了關(guān)鍵的作用。在目前業(yè)內(nèi)的印刷和貼片設(shè)備、技術(shù)相差不大的情況下，回流焊接技術(shù)的好壞對于最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性顯得至關(guān)重要。因此對回流焊工藝進(jìn)行深入研究、開發(fā)合理的回流焊溫度曲線,是保證表面組裝質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。
　　回流焊設(shè)備的發(fā)展
　　在電子行業(yè)中，大量的表面組裝組件(SMA)通過回流焊進(jìn)行焊接，目前回流焊設(shè)備的種類以熱傳遞方式劃分有紅外線、全熱風(fēng)、紅外線加熱風(fēng)三種類型。
　　? 紅外線：紅外線回流焊是以紅外線輻射的方式實(shí)現(xiàn)被焊元器件加熱的焊接方式。具有加熱快，節(jié)能，運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)。但由于印刷線路板及各種元器件因材質(zhì)，色澤的不同對紅外線輻射的熱吸收率存在著很大的差異，因此造成印刷線路板上各種不同元件之間，以及相同元件的不同區(qū)域之間存在溫度不均勻的現(xiàn)象。
　　? 全熱風(fēng)：全熱風(fēng)回流焊是通過對流噴射管嘴或者耐熱風(fēng)機(jī)來迫使?fàn)t內(nèi)熱氣流循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)被焊元器件加熱的焊接方式。這種加熱方式印刷線路板上元器件的溫度接近設(shè)定的加熱溫區(qū)的氣體溫度，完全克服了紅外線回流焊的溫差和遮蔽效應(yīng)，但在全熱風(fēng)回流焊設(shè)備中循環(huán)氣體的對流速度至關(guān)重要,為確保爐內(nèi)的循環(huán)氣體能夠作用于印刷線路板上的每一個區(qū)域，氣流必須具有足夠的速度，這在一定程度上易造成印刷線路板的抖動和元器件的移位。此外這種加熱方式就熱交換而言效率差、能耗高。
　　? 紅外加熱風(fēng)：紅外加熱風(fēng)回流焊是在紅外線加熱的基礎(chǔ)上追加了熱風(fēng)的循環(huán)，通過紅外線和熱風(fēng)雙重作用來實(shí)現(xiàn)被焊元器件加熱的焊接方式。這種加熱方式使?fàn)t內(nèi)的溫度更均勻，充分利用了紅外線穿透力強(qiáng)，具有熱效率高，能耗低的特點(diǎn)，同時又有效地克服了紅外線加熱方式的溫差和遮蔽效應(yīng)，彌補(bǔ)了熱風(fēng)加熱方式對氣體流動速度要求過快而造成不良影響。
　　溫度曲線
　　溫度曲線是施加于裝配元件上的溫度對時間的函數(shù)Y=F(T)，體現(xiàn)為回流過程中印刷線路板上某一給定點(diǎn)的溫度隨時間變化的一條曲線。如圖 1 所示，（圖 1 給出的是一條較典型的RSS溫度曲線）。圖中橫軸是時間，縱軸是溫度，曲線Y是一條隨時間的增加溫度不斷發(fā)生變化的曲線。曲線Y在OtT坐標(biāo)系中所包圍的面積為被測點(diǎn)在整個回流焊接過程中所接收到的能量的總和。用能量的概念表示的溫度曲線函數(shù)為 Y=∫  d(T)。溫度曲線又可分為 RSS曲線和RTS曲線。
　　RSS曲線：（如圖2）是一種由升溫、保溫、回流、冷卻四個溫度區(qū)間組成的溫度曲線。其每個溫度區(qū)間在整個回流焊接過程中扮演著不同的角色。升溫區(qū)：通過緩慢加熱的方式使印刷線路板從室溫加熱至135-170℃（SN63/PB37），升溫速度一般在1-3℃/S。保溫區(qū)：通過保持相對穩(wěn)定的溫度使錫膏內(nèi)的助焊劑發(fā)揮作用并適當(dāng)散發(fā)?；亓鲄^(qū)：爐內(nèi)的溫度達(dá)到最高點(diǎn)，使錫膏液化，印刷線路板的焊盤和元器件的焊極之間形成合金，完成焊接過程。冷卻區(qū)：對完成焊接的印刷線路板進(jìn)行降溫。
　　? RTS曲線：（如圖3）是一種從升溫至回流的溫度曲線?？煞譃樯郎貐^(qū)和冷卻區(qū)。升溫區(qū)：占整個回流焊接過程的2/3，速度平緩一般為0.5-1.5℃/S。使印刷線路板的溫度從室溫升至峰值溫度。冷卻區(qū)：對完成焊接的印刷線路板進(jìn)行降溫。
　　? RSS曲線與RTS曲線的比較：
　　? RSS曲線：重視溫度與時間的結(jié)合，曲線的區(qū)間劃分祥細(xì)，生產(chǎn)效率高，適應(yīng)能力一般。適用于印刷線路板尺寸偏小，板上元器件體積較小、種類較少的產(chǎn)品。
　　? RTS曲線：重視升溫速率，曲線的區(qū)間劃分模糊，生產(chǎn)效率不高，適應(yīng)能力強(qiáng)。適用于印刷線路板尺寸較大，板上元器件體積較大、種類較多的產(chǎn)品。
　　溫度曲線的設(shè)定
　　溫度曲線是由回流焊爐的多個參數(shù)共同作用的結(jié)果，其中起決定性作用的兩個參數(shù)是傳送帶速度和溫區(qū)的溫度設(shè)定。傳送帶速度決定了印刷線路板暴露在每個溫區(qū)的持續(xù)時間，增加持續(xù)時間可以使印刷線路板上元器件的溫度更加接近該溫區(qū)的設(shè)定溫度。每個溫區(qū)所用的持續(xù)時間的總和又決定了整個回流過程的處理時間。每個溫區(qū)的溫度設(shè)定影響印刷線路板通該溫區(qū)時溫度的高低。印刷線路板在整個回流焊接過程中的升溫速度則是傳送帶速和各溫區(qū)的溫度設(shè)定兩個參數(shù)共同作用的結(jié)果。因此只有合理的設(shè)定爐溫參數(shù)才能得到理想的爐溫曲線。
　　現(xiàn)以最為常用的RSS曲線為例介紹一下爐溫曲線的設(shè)定方法。
　　? 鏈速的設(shè)定：設(shè)定溫度曲線時第一個要考慮參數(shù)是傳輸帶的速度設(shè)定，該設(shè)定將決定印刷線路板通過加熱通道所花的時間。傳送帶速度的設(shè)定可以通過計(jì)算的方法獲得。這里要引入一個指標(biāo)，負(fù)載因子。負(fù)載因子：F=L/(L+s) L=基板的長，S=基板與基板間的間隔。負(fù)載因子的大小決定了生產(chǎn)過程中爐內(nèi)的印刷線路板對爐內(nèi)溫度的影響程度。負(fù)載因子的數(shù)值越大爐內(nèi)的溫度越不穩(wěn)定，一般取值在0.5~0.9之間。在權(quán)衡了效率和爐溫的穩(wěn)定程度后建議取值為0.7-0.8。在知道生產(chǎn)的板長和生產(chǎn)節(jié)拍后就可以計(jì)算出傳送帶的傳送速度（最慢值）。傳送速度(最慢值)=印刷線路板長/0.8/生產(chǎn)節(jié)拍。傳送速度（最快值）由錫膏的特性決定，絕大多數(shù)錫膏要求從升溫開始到爐內(nèi)峰值溫度的時間應(yīng)不少于180秒。這樣就可以得出傳送速度（最大值）=爐內(nèi)加熱區(qū)的長度/180S。在得出兩個極限速度后就可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品的難易程度選取適當(dāng)?shù)膫魉退俣纫话憧扇≈虚g值。
　　? 溫區(qū)溫度的設(shè)定：一個完整的RSS爐溫曲線包括四個溫區(qū)（如圖2）。分別為：
　　? 預(yù)熱區(qū)：其目的是將印刷線路板的溫度從室溫提升到錫膏內(nèi)助焊劑發(fā)揮作用所需的活性溫度135℃，溫區(qū)的加熱速率應(yīng)控制在每秒1~3℃，溫度升得太快會引起某些缺陷，如陶瓷電容的細(xì)微裂紋。
　　? 保溫區(qū)：其目的是將印刷線路板維持在某個特定溫度范圍并持續(xù)一段時間，使印刷線路板上各個區(qū)域的元器件溫度相同，減少他們的相對溫差，并使錫膏內(nèi)部的助焊劑充分的發(fā)揮作用，去除元器件電極和焊盤表面的氧化物，從而提高焊接質(zhì)量。一般普遍的活性溫度范圍是135-170℃（以SN63PB37為例），活性時間設(shè)定在60-90秒。如果活性溫度設(shè)定過高會使助焊劑過早的失去除污的功能，溫度太低助焊劑則發(fā)揮不了除污的作用?；钚詴r間設(shè)定的過長會使錫膏內(nèi)助焊劑的過度揮發(fā)，致使在焊接時缺少助焊劑的參與使焊點(diǎn)易氧化，潤濕能力差，時間太短則參與焊接的助焊劑過多，可能會出現(xiàn)錫球，錫珠等焊接不良。從而影響焊接質(zhì)量。
　　? 回流區(qū)：其目的是使印刷線路板的溫度提升到錫膏的熔點(diǎn)溫度以上并維持一定的焊接時間，使其形成合金，完成元器件電極與焊盤的焊接。該區(qū)的溫度設(shè)定在183℃以上，時間為30-90秒。（以SN63PB37為例）峰值不宜超過230℃，200℃以上的時間為20-30秒。如果溫度低于183℃將無法形成合金實(shí)現(xiàn)不了焊接，若高于230℃會對元器件帶來損害，同時也會加劇印刷線路板的變形。如果時間不足會使合金層較薄，焊點(diǎn)的強(qiáng)度不夠，時間較長則合金層較厚使焊點(diǎn)較脆。
　　? 冷卻區(qū)：其目的是使印刷線路板降溫，通常設(shè)定為每秒3-4℃。如速率過高會使焊點(diǎn)出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，過慢則會加劇焊點(diǎn)氧化。理想的冷卻曲線應(yīng)該是和回流區(qū)曲線成鏡像關(guān)系，越是靠近這種鏡像關(guān)系，焊點(diǎn)達(dá)到固態(tài)的結(jié)構(gòu)越緊密，得到焊接點(diǎn)的質(zhì)量越高，結(jié)合完整性越好。
　　了解了溫度曲線各個溫區(qū)的特性后就可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)來設(shè)定回流焊爐每個溫區(qū)的溫度了。一但溫區(qū)的溫度設(shè)定以后回流焊爐內(nèi)的熱容量就確定了下來。在生產(chǎn)過程中通過爐內(nèi)的產(chǎn)品會不斷的吸收熱量，隨著爐內(nèi)產(chǎn)品數(shù)量的不斷增加被吸收的熱量也在不斷的增加。如果回流焊爐所能補(bǔ)允的熱量小于產(chǎn)品所吸收的熱量時就不能夠保證產(chǎn)品的品質(zhì)。而實(shí)際生產(chǎn)中是不可能對爐溫進(jìn)行實(shí)時更新的，因此這就要求設(shè)定的溫度曲線具有一定的適應(yīng)能力或針對不同的產(chǎn)品種類設(shè)定不同的溫度曲線。如，印刷線路板的尺寸較小，元器件體積較小的產(chǎn)品，因這種產(chǎn)品對熱量的吸收較小，元器件本身的升溫速度也相對較快，所以曲線升溫區(qū)的升溫速率可以適當(dāng)加大，保溫區(qū)的保溫時間可以相對縮短。而對于印刷線路板的尺寸較大，元器體積較大的產(chǎn)品，其對熱量吸收的要求較高，元器件本身的內(nèi)外部溫差較大，所以其升溫區(qū)的升溫速率應(yīng)降低，保溫區(qū)的保溫時間應(yīng)加長以保證板面上各種元器件及元器件的每個部位之間的溫差最小。
　　溫度曲線的測量
　　因回流焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理決定了溫區(qū)的設(shè)定溫度反映到生產(chǎn)的產(chǎn)品上時會有不小的差異?；亓骱冈O(shè)備上顯示的區(qū)間溫度并不是實(shí)際的區(qū)間溫度，顯示溫度只是代表該溫區(qū)內(nèi)熱敏電偶所感應(yīng)到的環(huán)境溫度，如果熱電偶靠近加熱源，顯示的溫度將相應(yīng)比溫區(qū)內(nèi)其它區(qū)域的溫度高，熱電偶越靠近印刷線路板的傳送軌道，顯示的溫度將越能反映產(chǎn)品的實(shí)際溫度。因此在設(shè)定了溫度之后還必需對產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際的測量以得到產(chǎn)品實(shí)際的溫度，并對設(shè)定的溫度進(jìn)行分析，修改以得到一條針對某種產(chǎn)品的最佳溫度曲線。
　　爐溫曲線測量需要的設(shè)備和輔助工具：u
　　? 溫度曲線儀：測溫儀一般分為兩類：實(shí)時測溫儀，能夠即時傳送溫度、時間數(shù)據(jù)并作出圖形。另一種非實(shí)時測溫儀，通過采樣、儲存，然后將采集來的數(shù)據(jù)上載到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。
　　? 熱電偶：用于感受環(huán)境溫度的介質(zhì)。其工作原理是由兩種不同成分的導(dǎo)體組成回路，當(dāng)測溫端和參比端存在溫差時回路中就會產(chǎn)生熱電流，通過電流的大小來反映外界溫度的變化。熱電偶一般要求較小直徑，因?yàn)檩^小直徑的熱電偶熱質(zhì)量小、響應(yīng)快，得到的結(jié)果較為精確。
　　? 將熱電偶附著于印刷線路板上的工具：焊料，膠粘劑，高溫膠帶。
　　測試點(diǎn)的選擇：實(shí)際在生產(chǎn)一塊印刷線路板過程中，板面上各個區(qū)域所承載的各種元器件的溫度是不盡相同的。爐內(nèi)的熱空氣在熱風(fēng)機(jī)的作用下在爐內(nèi)流動（從上、下n 兩個加熱板向傳輸軌道方向流動，當(dāng)遇到阻隔時就沿著印刷線路板的表面向板的邊緣擴(kuò)散，這樣板的中心區(qū)域就變成了溫度最低的地方）。元器件體積的大小也決定著溫度的高低，體積小的元器件溫度高，體積大的元器件溫度低。因此在實(shí)際測量中要較真實(shí)，較全面的反映被測產(chǎn)品的真實(shí)溫度被測點(diǎn)的選取尤為重要。一般遵循以下幾個原則。
　　1) 在條件允許的條件下盡量多的選取被點(diǎn)。
　　2) 被測點(diǎn)的選擇盡量在同一縱軸線上。
　　3) 對溫度有特殊要求的元器件。
　　4) 板面溫度最高的位置。
　　5) 板面溫度最低的位置。
　　熱電偶的固定：選擇好被測點(diǎn)后則需在被測點(diǎn)安置熱電偶，一般有以下幾種方法：n
　　1) 使用焊料固定，一般使用PB含量較高的高溫焊料將熱電偶固定在被測點(diǎn)。要求焊點(diǎn)要盡可能的小，因?yàn)楦邷睾噶系目珊感圆桓咚詫附拥募寄芤筝^高，由于是高溫焊接所以對元器件的熱沖擊也較大。測溫效果較好。
　　2) 使用膠粘劑固定，一般使用環(huán)氧樹脂類的膠粘劑將熱電偶固定在被測點(diǎn)。要求膠點(diǎn)要盡可能的小。測溫效果一般。
　　3) 使用高溫膠帶固定，一般使用具有耐高溫、導(dǎo)熱性能好的膠帶將熱電偶固定在被測點(diǎn)。要求要盡可能的將熱電偶靠近被測點(diǎn)。這種方法操作方便，但測量效果最差。
　　每種方法都應(yīng)該將熱電偶的測量端盡可能的靠近被測點(diǎn)，這樣才能夠得到較真實(shí)的測量結(jié)果。（如圖4）
　　測量方法：n
　　1) 對被測的印刷線路板進(jìn)行熱性能分析選擇被測點(diǎn)。
　　2) 將熱電偶附著在被測的印刷線路板上。為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性被測的印刷線路板應(yīng)選用完全貼裝的產(chǎn)品。
　　3) 觸發(fā)測溫儀開始記錄數(shù)據(jù)并將測溫儀連同被測的印刷線路板一同放入回流焊爐內(nèi)。這里要注意兩點(diǎn)。第一點(diǎn)：測溫儀有兩種，一種是觸發(fā)后立即開始記錄數(shù)據(jù)，這就要求在觸發(fā)后在最短的時間內(nèi)將測溫儀放入回流焊爐，以保證所測回流時間的準(zhǔn)確性。另一種測溫儀為溫感型，當(dāng)環(huán)境溫度升高到40℃（一般高于人體的體溫，用于保證在操作階段不會記錄數(shù)據(jù)。）以上時才開始記錄數(shù)據(jù)，這種測溫儀對放入時間就沒有什么要求。第二點(diǎn)：為了最大限度的還原生產(chǎn)時的實(shí)際環(huán)境，在被測板的前方要保證正常生產(chǎn)時的過板數(shù)量。在被測板放入爐腔后不可再放入產(chǎn)品，避免意外發(fā)生。
　　4) 最后將從爐中采集好數(shù)據(jù)的測溫儀接入計(jì)算機(jī)，生成溫度曲線。
　　曲線分析與爐溫調(diào)整：分析溫度曲線之前需掌握幾個控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)。n
　　1) 確定從環(huán)境溫度到回流峰值溫度的總時間。
　　2) 各溫區(qū)的工藝參數(shù)（溫度、時間、升溫速度）。
　　具體調(diào)整方法如下：首先通過調(diào)整傳送帶速度來滿足從環(huán)境溫度到回流峰值溫度的總時間與所希望的加熱曲線居留時間相區(qū)配。下一步，應(yīng)以從左到右的順序調(diào)整曲線的偏差（流程順序），來保證整體曲線的形狀和各溫區(qū)的工藝參數(shù)、給定的標(biāo)準(zhǔn)相符。例：如果預(yù)熱區(qū)和回流區(qū)中存在差異，首先應(yīng)將預(yù)熱區(qū)的差異調(diào)整正確，最好一次調(diào)整一個參數(shù)，在作進(jìn)一步調(diào)整之前應(yīng)先運(yùn)行調(diào)整后的曲線并測出新的曲線后再參照新的曲線進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)橐粋€給定溫區(qū)的溫度改變將影響其隨后溫區(qū)的溫度變化。應(yīng)以循序漸進(jìn)的原則進(jìn)行爐溫曲線的調(diào)整。

　　結(jié)論: 溫度曲線是通過設(shè)定、測量、調(diào)整三個步驟得來的。而在實(shí)際的操作中要得到一條適合產(chǎn)品特點(diǎn)的溫度曲線是要經(jīng)過很多次的測量和調(diào)整才能夠?qū)崿F(xiàn)的。一條完美的錫膏回流溫度曲線不僅可以得到光亮的、結(jié)構(gòu)緊密的焊點(diǎn)，而且還能夠?qū)τ∷ⅰ①N片等工序造成的不良起到一定的修復(fù)作用。因此，溫度曲線的設(shè)定及正確的測量方法是一個合格的SMT工程師所必需具備專業(yè)知識。