許多舊式的爐傾向于以不同速率來加熱一個(gè)裝配上的不同零件,，取決于回流焊接的零件和線路板層的顏色和質(zhì)地。一個(gè)裝配上的某些區(qū)域可以達(dá)到比其它區(qū)域高得多的溫度,，這個(gè)溫度變化叫做裝配的D T。如果D T大,，裝配的有些區(qū)域可能吸收過多熱量，而另一些區(qū)域則熱量不夠,。這可能引起許多焊接缺陷,，包括焊錫球、不熔濕,、損壞元件,、空洞和燒焦的殘留物。
為什么和什么時(shí)候保溫
保溫區(qū)的唯一目的是減少或消除大的D T,。保溫應(yīng)該在裝配達(dá)到焊錫回流溫度之前,，把裝配上所有零件的溫度達(dá)到均衡，使得所有的零件同時(shí)回流,。由于保溫區(qū)是沒有必要的,，因此溫度曲線可以改成線性的升溫-到-回流(RTS)的回流溫度曲線。
應(yīng)該注意到,，保溫區(qū)一般是不需要用來激化錫膏中的助焊劑化學(xué)成分,。這是工業(yè)中的一個(gè)普遍的錯(cuò)誤概念，應(yīng)予糾正,。當(dāng)使用線性的RTS溫度曲線時(shí),，大多數(shù)錫膏的化學(xué)成分都顯示充分的濕潤活性。事實(shí)上,，使用
RTS溫度曲線一般都會(huì)改善濕潤,。
升溫-保溫-回流
升溫-保溫-回流(RSS)溫度曲線可用于RMA或免洗化學(xué)成分，但一般不推薦用于水溶化學(xué)成分,，因?yàn)镽SS保溫區(qū)可能過早地破壞錫膏活性劑,，造成不充分的濕潤。使用RSS溫度曲線的唯一目的是消除或減少D T,。
RSS溫度曲線開始以一個(gè)陡坡溫升,，在90秒的目標(biāo)時(shí)間內(nèi)大約150°C，最大速率可達(dá)2~3°C,。隨后,，在150~170°C之間,，將裝配板保溫90秒鐘；裝配板在保溫區(qū)結(jié)束時(shí)應(yīng)該達(dá)到溫度均衡,。保溫區(qū)之后,，裝配板進(jìn)入回流區(qū)，在183°C以上回流時(shí)間為60(±15)秒鐘,。
整個(gè)溫度曲線應(yīng)該從45°C到峰值溫度215(±5)°C持續(xù)3.5~4分鐘,。冷卻速率應(yīng)控制在每秒4°C。一般,，較快的冷卻速率可得到較細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)和較高強(qiáng)度與較亮的焊接點(diǎn),。可是,，超過每秒4°C會(huì)造成溫度沖擊,。
RTS溫度曲線可用于任何化學(xué)成分或合金，為水溶錫膏和難于焊接的合金與零件所首選,。
RTS溫度曲線比RSS有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),。RTS一般得到更光亮的焊點(diǎn)，可焊性問題很少,，因?yàn)樵赗TS溫度曲線下回流的錫膏在預(yù)熱階段保持住其助焊劑載體,。這也將更好地提高濕潤性，因此,，RTS應(yīng)該用于難于濕潤的合金和零件,。
因?yàn)镽TS曲線的升溫速率是如此受控的，所以很少機(jī)會(huì)造成焊接缺陷或溫度沖擊,。另外,，RTS曲線更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)闇p少了爐前半部分的加熱能量,。此外,，排除RTS的故障相對比較簡單，有排除RSS曲線故障經(jīng)驗(yàn)的操作員應(yīng)該沒有困難來調(diào)節(jié)RTS曲線,，以達(dá)到優(yōu)化的溫度曲線效果,。
RTS曲線簡單地說就是一條從室溫到回流峰值溫度的溫度漸升曲線，RTS曲線溫升區(qū)其作用是裝配的預(yù)熱區(qū),，這里助焊劑被激化,，揮發(fā)物被揮發(fā)，裝配準(zhǔn)備回流,，并防止溫度沖擊,。RTS曲線典型的升溫速率為每秒0.6~1.8°C。升溫的最初90秒鐘應(yīng)該盡可能保持線性,。
設(shè)定RTS溫度曲線
RTS曲線的升溫基本原則是,，曲線的三分之二在150°C以下,。在這個(gè)溫度后，大多數(shù)錫膏內(nèi)的活性系統(tǒng)開始很快失效,。因此,，保持曲線的前段冷一些將活性劑保持時(shí)間長一些，其結(jié)果是良好的濕潤和光亮的焊接點(diǎn),。
RTS曲線回流區(qū)是裝配達(dá)到焊錫回流溫度的階段,。在達(dá)到150°C之后，峰值溫度應(yīng)盡快地達(dá)到,，峰值溫度應(yīng)控制在215(±5)°C,，液化居留時(shí)間為60(±15)秒鐘。液化之上的這個(gè)時(shí)間將減少助焊劑受夾和空洞,，增加拉伸強(qiáng)度,。和RSS一樣，RTS曲線長度也應(yīng)該是從室溫到峰值溫度最大3.5~4分鐘,，冷卻速率控制在每秒4°C。
排除RSS和RTS曲線的故障,，原則是相同的：按需要,，調(diào)節(jié)溫度和曲線溫度的時(shí)間，以達(dá)到優(yōu)化的結(jié)果,。時(shí)常,，這要求試驗(yàn)和出錯(cuò)，略增加或減少溫度,，觀察結(jié)果,。以下是使用RTS曲線遇見的普遍回流問題，以及解決辦法,。
焊錫球
許多細(xì)小的焊錫球鑲陷在回流后助焊劑殘留的周邊上,。在RTS曲線上，這個(gè)通常是升溫速率太慢的結(jié)果,，由于助焊劑載體在回流之前燒完,，發(fā)生金屬氧化。這個(gè)問題一般可通過曲線溫升速率略微提高達(dá)到解決,。焊錫球也可能是溫升速率太快的結(jié)果,，但是，這對RTS曲線不大可能,，因?yàn)槠湎鄬^慢,、較平穩(wěn)的溫升。
經(jīng)常與焊錫球混淆,，焊錫珠是一顆或一些大的焊錫球,，通常落在片狀電容和電阻周圍,。雖然這常常是絲印時(shí)錫膏過量堆積的結(jié)果，但有時(shí)可以調(diào)節(jié)溫度曲線解決,。和焊錫球一樣,，在RTS曲線上產(chǎn)生的焊錫珠通常是升溫速率太慢的結(jié)果。這種情況下,，慢的升溫速率引起毛細(xì)管作用,，將未回流的錫膏從焊錫堆積處吸到元件下面?；亓髌陂g,，這些錫膏形成錫珠，由于焊錫表面張力將元件拉向機(jī)板,，而被擠出到元件邊,。和焊錫球一樣，焊錫珠的解決辦法也是提高升溫速率,，直到問題解決,。
熔濕性差
熔濕性差經(jīng)常是時(shí)間與溫度比率的結(jié)果。錫膏內(nèi)的活性劑由有機(jī)酸組成,，隨時(shí)間和溫度而退化,。如果曲線太長，焊接點(diǎn)的熔濕可能受損害,。因?yàn)槭褂肦TS曲線,，錫膏活性劑通常維持時(shí)間較長，因此熔濕性差比RSS較不易發(fā)生,。如果RTS還出現(xiàn)熔濕性差,，應(yīng)采取步驟以保證曲線的前面三分之二發(fā)生在150°C之下。這將延長錫膏活性劑的壽命,，結(jié)果改善熔濕性,。
焊錫不足
焊錫不足通常是不均勻加熱或過快加熱的結(jié)果，使得元件引腳太熱,，焊錫吸上引腳,。回流后引腳看到去錫變厚,，焊盤上將出現(xiàn)少錫,。減低加熱速率或保證裝配的均勻受熱將有助于防止該缺陷。
墓碑
墓碑通常是不相等的熔濕力的結(jié)果,，使得回流后元件在一端上站起來,。一般，加熱越慢,，板越平穩(wěn),，越少發(fā)生,。降低裝配通過183°C的溫升速率將有助于校正這個(gè)缺陷?？斩?/p>
空洞是錫點(diǎn)的X光或截面檢查通常所發(fā)現(xiàn)的缺陷,。空洞是錫點(diǎn)內(nèi)的微小“氣泡” ,，可能是被夾住的空氣或助焊劑,。空洞一般由三個(gè)曲線錯(cuò)誤所引起：不夠峰值溫度,；回流時(shí)間不夠,；升溫階段溫度過高。由于RTS曲線升溫速率是嚴(yán)密控制的,，空洞通常是第一或第二個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果,，造成沒揮發(fā)的助焊劑被夾住在錫點(diǎn)內(nèi)。這種情況下,，為了避免空洞的產(chǎn)生,，應(yīng)在空洞發(fā)生的點(diǎn)測量溫度曲線，適當(dāng)調(diào)整直到問題解決,。
無光澤,、顆粒狀焊點(diǎn)
一個(gè)相對普遍的回流焊缺陷是無光澤、顆粒狀焊點(diǎn),。這個(gè)缺陷可能只是美觀上的，但也可能是不牢固焊點(diǎn)的征兆,。在RTS曲線內(nèi)改正這個(gè)缺陷,，應(yīng)該將回流前兩個(gè)區(qū)的溫度減少5°C；峰值溫度提高5°C,。如果這樣還不行,，那么，應(yīng)繼續(xù)這樣調(diào)節(jié)溫度直到達(dá)到希望的結(jié)果,。這些調(diào)節(jié)將延長錫膏活性劑壽命,，減少錫膏的氧化暴露，改善熔濕能力,。燒焦的殘留物
燒焦的殘留物,，雖然不一定是功能缺陷，但可能在使用RTS溫度曲線時(shí)遇見,。為了糾正該缺陷,，回流區(qū)的時(shí)間和溫度要減少，通常5°C,。
結(jié)論
RTS溫度曲線不是適于每一個(gè)回流焊接問題的萬靈藥,，也不能用于所有的爐或所有的裝配,。可是,，采用RTS溫度曲線可以減少能源成本,、增加效率、減少焊接缺陷,、改善熔濕性能和簡化回流工序,。這并不是說RSS溫度曲線已變得過時(shí)，或者RTS曲線不能用于舊式的爐,。無論如何,，工程師應(yīng)該知道還有更好的回流溫度曲線可以利用。
注：所有溫度曲線都是使用Sn63/Pb37合金,，183°C的共晶熔點(diǎn),。
群焊的溫度曲線
作溫度曲線是一個(gè)很好的直觀化方法，保持對回流焊接或波峰焊接工藝過程的跟蹤,。通過繪制當(dāng)印刷電路裝配(PCA)穿過爐子時(shí)的時(shí)間溫度曲線,，可以計(jì)算在任何給定時(shí)間所吸收的熱量。只有當(dāng)所有涉及的零件在正確的時(shí)間暴露給正確的熱量時(shí),，才可以使群焊達(dá)到完善,。這不是一個(gè)容易達(dá)到的目標(biāo)，因?yàn)榱慵?jīng)常有不同的熱容量,，并在不同的時(shí)間達(dá)到所希望的溫度,。
經(jīng)常我們看到在一個(gè)PCA上不只一種大小的焊點(diǎn)，同一個(gè)溫度曲線要熔化不同數(shù)量的焊錫,。需要考慮PCA的定位與方向,、熱源位置與設(shè)備內(nèi)均勻的空氣循環(huán)，以給焊接點(diǎn)輸送正確的熱量,。許多人從經(jīng)驗(yàn)中了解到,，大型元件底部與PCA其它位置的溫度差別是不容忽視的。
為什么得到正確的熱量是如此重要呢,？當(dāng)焊接點(diǎn)不得到足夠的熱量,，助焊劑可能不完全激化，焊接合金可能未完全熔化,。在最終產(chǎn)品檢查中,，可能觀察到冷焊點(diǎn)(cold solder)、元件豎立(tomb-stoning),、不濕潤(non-wetting),、錫球/飛濺(solder ball/ splash)等結(jié)果。另一方面，如果吸收太多熱量,，元件或板可能被損壞,。最終結(jié)果可能是元件爆裂或PCB翹曲，同時(shí)不能經(jīng)受對長期的產(chǎn)品可靠性的影響,。
對于波峰焊接,，裝配已經(jīng)部分地安裝了回流焊接的表面貼裝元件。已回流的焊接點(diǎn)可能回到一個(gè)液化階段,，降低固態(tài)焊點(diǎn)的位置精度,。
除了熱的數(shù)量之外，加熱時(shí)間也是重要的,。PCA溫度必須以預(yù)先決定的速率從室溫提高到液化溫度,，而不能給裝配帶來嚴(yán)重的溫度沖擊。這個(gè)預(yù)熱,，或升溫階段也將在助焊劑完全被激化之前讓其中的溶劑蒸發(fā),。重要的是要保證，裝配上的所有零件在上升到焊接合金液化溫度之前,，以最大的預(yù)熱溫度達(dá)到溫度平衡,。這個(gè)預(yù)熱有時(shí)叫作“駐留時(shí)間”或“保溫時(shí)間”。
對于蒸發(fā)錫膏內(nèi)的揮發(fā)性成分和激化助焊劑是重要的,。在達(dá)到液化溫度之后,，裝配應(yīng)該有足夠的時(shí)間停留在該溫度之上，以保證裝配的所有區(qū)域都達(dá)到液化溫度,，適當(dāng)?shù)匦纬珊附狱c(diǎn),。如果在裝配中有表面貼裝膠要固化，固化時(shí)間和溫度必須與焊接溫度曲線協(xié)調(diào),。
在焊接點(diǎn)形成之后,，裝配必須從液化溫度冷卻超過150°C到室溫。同樣,，這必須一預(yù)先確定的速度來完成，以避免溫度沖擊,。穩(wěn)定的降溫將給足夠的時(shí)間讓熔化的焊錫固化,。這也將避免由于元件與PCB之間的溫度膨脹系數(shù)(CTE)不同所產(chǎn)生的力對新形成的焊接點(diǎn)損壞。
