明白得锡膏的回流进程.docx
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明白得锡膏的回流进程
明白得锡膏的回流进程
当锡膏至于一个加热的环境中，锡膏回流分为五个时期
1.第一，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢（大约每秒
3°C），以限制沸腾和飞溅，避免形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较灵敏，若是元件外部温度上升太快，会造成断裂。
2.当温度继续上升，焊锡颗粒第一单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”进程。
如此在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。
3.助焊剂活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂和免洗型助焊剂都会发生一样的清洗行动，只只是温度略微不同。
将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。
好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。
4.那个时期最为重要，当单个的焊锡颗粒全数熔化后，结合一路形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，若是元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil，那么极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。
5.冷却时期，若是冷却快，锡点强度会略微大一点，但不能够太快而引发元件内部的温度应力。
回流焊接要求总结：
重要的是有充分的缓慢加热来平安地蒸发溶剂，避免锡珠形成和限制由于温度膨胀引发的元件内部应力，造成断裂痕靠得住性问题。
第二，助焊剂活跃时期必需有适当的时刻和温度，许诺清洁时期在焊锡颗粒方才开始熔化时完成。
时刻温度曲线中焊锡熔化的时期是最重要的，必需充分地让焊锡颗粒完全熔化，液化形成冶金焊接，剩余溶剂和助焊剂残余的蒸发，形成焊脚表面。
现在期若是太热或太长，可能对元件和PCB造成损害。
锡膏回流温度曲线的设定，最好是依照锡膏供给商提供的数据进行，同时把握元件内部温度应力转变原那么，即加热温升速度小于每秒3°C，和冷却温降速度小于5°C。
如何设定锡膏回流温度曲线
理想的曲线由四个部份或区间组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。
炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。
大多数锡膏都能用四个大体温区成功回流。
如何设定锡膏回流温度曲线
预热区，也叫斜坡区，用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。
在那个区，产品的温度以不超过每秒2~5°C速度持续上升，温度升得太快会引发某些缺点，如陶瓷电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时刻使PCB达到活性温度。
炉的预热区一样占整个加热通道长度的25~33%。
活性区，有时叫做干燥或浸湿区，那个区一样占加热通道的33~50%，有两个功用，第一是，将PCB在相当稳固的温度下感温，许诺不同质量的元件在温度上同质，减少它们的相当温差。
第二个功能是，许诺助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏中挥发。
一样普遍的活性温度范围是120~150°C。
回流区，有时叫做峰值区或最后升温区。
那个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。
活性温度老是比合金的熔点温度低一点，而峰值温度老是在熔点上。
典型的峰值温度范围是205~230°C，那个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2~5°C，或达到回流峰值温度比推荐的高。
这种情形可能引发PCB的过度卷曲、脱层或烧损，并损害元件的完整性。
理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。
越是靠近这种镜像关系，焊点达到固态的结构越紧密，取得焊接点的质量越高，结合完整性越好。
作温度曲线的第一个考虑参数是传输带的速度设定，该设定将决定PCB在加热通道所花的时刻。
典型的锡膏制造厂参数要求3~4分钟的加热曲线，用总的加热通道长度除以总的加热感温时刻，即为准确的传输带速度，例如，当锡膏要求四分钟的加热时刻，利用六英尺加热通道长度，计算为：
6英尺÷4分钟=每分钟英尺=每分钟18英寸。
接下来必需决定各个区的温度设定，重要的是要了解实际的区间温度不必然确实是该区的显示温度。
显示温度只是代表区内热敏电偶的温度，若是热电偶越靠近加热源，显示的温度将相对照区间温度较高，热电偶越靠近PCB的直接通道，显示的温度将越能反映区间温度。
典型PCB回流区间温度设定
图形曲线的形状必需和所希望的相较较，若是形状不和谐，那么同下面的图形进行比较。
选择与实际图形形状最相和谐的曲线。
得益于升温-到-回流的回流温度曲线
许多旧式的炉偏向于以不同速度来加热一个装配上的不同零件，取决于回流焊接的零件和线路板层的颜色和质地。
一个装配上的某些区域能够达到比其它区域高得多的温度，那个温度转变叫做装配的DT。
若是DT大，装配的有些区域可能吸收过量热量，而另一些区域那么热量不够。
这可能引发许多焊接缺点，包括焊锡球、不熔湿、损坏元件、空洞和烧焦的残留物。
什么缘故和何时保温
保温区的唯一目的是减少或排除大的DT。
保温应该在装配达到焊锡回流温度之前，把装配上所有零件的温度达到均衡，使得所有的零件同时回流。
由于保温区是没有必要的，因此温度曲线能够改成线性的升温-到-回流（RTS）的回流温度曲线。
应该注意到，保温区一样是不需要用来激化锡膏中的助焊剂化学成份。
这是工业中的一个普遍的错误概念，应予纠正。
当利用线性的RTS温度曲线时，大多数锡膏的化学成份都显示充分的湿润活性。
事实上，利用RTS温度曲线一样都会改善湿润。
得益于升温-到-回流的回流温度曲线
升温-保温-回流
升温-保温-回流（RSS）温度曲线可用于RMA或免洗化学成份，但一样不推荐用于水溶化学成份，因为RSS保温区可能过早地破坏锡膏活性剂，造成不充分的湿润。
利用RSS温度曲线的唯一目的是排除或减少DT。
RSS温度曲线开始以一个陡坡温升，在90秒的目标时刻内大约150°C，最大速度可达2~3°C。
随后，在150~170°C之间，将装配板保温90秒钟；装配板在保温区终止时应该达到温度均衡。
保温区以后，装配板进入回流区，在183°C以上回流时刻为60（±15）秒钟。
整个温度曲线应该从45°C到峰值温度215（±5）°C持续~4分钟。
冷却速度应操纵在每秒4°C。
一样，较快的冷却速度可取得较细的颗粒结构和较高强度与较亮的焊接点。
可是，超过每秒4°C会造成温度冲击。
升温-到-回流
RTS温度曲线可用于任何化学成份或合金，为水溶锡膏和难于焊接的合金与零件所首选。
RTS温度曲线比RSS有几个优势。
RTS一样取得更光亮的焊点，可焊性问题很少，因为在RTS温度曲线下回流的锡膏在预热时期维持住其助焊剂载体。
这也将更好地提高湿润性，因此，RTS应该用于难于湿润的合金和零件。
因为RTS曲线的升温速度是如此受控的，因此很少机遇造成焊接缺点或温度冲击。
另外，RTS曲线更经济，因为减少了炉前半部份的加热能量。
另外，排除RTS的故障相对照较简单，有排除RSS曲线故障体会的操作员应该没有困难来调剂RTS曲线，以达到优化的温度曲线成效。
设定RTS温度曲线
RTS曲线简单地说确实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，那个地址助焊剂被激化，挥发物被挥发，装配预备回流，并避免温度冲击。
RTS曲线典型的升温速度为每秒~°C。
升温的最初90秒钟应该尽可能维持线性。
RTS曲线的升温大体原那么是，曲线的三分之二在150°C以下。
在那个温度后，大多数锡膏内的活性系统开始专门快失效。
因此，维持曲线的前段冷一些将活性剂维持时刻长一些，其结果是良好的湿润和光亮的焊接点。
RTS曲线回流区是装配达到焊锡回流温度的时期。
在达到150°C以后，峰值温度应尽快地达到，峰值温度应操纵在215（±5）°C，液化居留时刻为60（±15）秒钟。
液化之上的那个时刻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~4分钟，冷却速度操纵在每秒4°C。
排除RTS曲线的故障
排除RSS和RTS曲线的故障，原那么是相同的：
按需要，调剂温度和曲线温度的时刻，以达到优化的结果。
时常，这要求实验和犯错，略增加或减少温度，观看结果。
以下是利用RTS曲线遇见的普遍回流问题，和解决方法。
焊锡球
许多细小的焊锡球镶陷在回流后助焊剂残留的周边上。
在RTS曲线上，那个一般是升温速度太慢的结果，由于助焊剂载体在回流之前烧完，发生金属氧化。
那个问题一样可通过曲线温升速度略微提高达到解决。
焊锡球也可能是温升速度太快的结果，可是，这对RTS曲线不大可能，因为其相对较慢、较平稳的温升。
焊锡珠
常常与焊锡球混淆，焊锡珠是一颗或一些大的焊锡球，通常落在片状电容和电阻周围。
尽管这常常是丝印时锡膏过量堆积的结果，但有时能够调剂温度曲线解决。
和焊锡球一样，在RTS曲线上产生的焊锡珠一般是升温速度太慢的结果。
这种情形下，慢的升温速度引发毛细管作用，将未回流的锡膏从焊锡堆积处吸到元件下面。
回流期间，这些锡膏形成锡珠，由于焊锡表面张力将元件拉向机板，而被挤出到元件边。
和焊锡球一样，焊锡珠的解决方法也是提高升温速度，直到问题解决。
熔湿性差
熔湿性差常常是时刻与温度比率的结果。
锡膏内的活性剂由有机酸组成，随时刻和温度而退化。
若是曲线太长，焊接点的熔湿可能受损害。
因为利用RTS曲线，锡膏活性剂通常维持时刻较长，因此熔湿性差比RSS较不易发生。
若是RTS还显现熔湿性差，应采取步骤以保证曲线的前面三分之二发生在150°C之下。
这将延长锡膏活性剂的寿命，结果改善熔湿性。
焊锡不足
焊锡不足一般是不均匀加热或过快加热的结果，使得元件引脚太热，焊锡吸上引脚。
回流后引脚看到去锡变厚，焊盘上将显现少锡。
减低加热速度或保证装配的均匀受热将有助于避免该缺点。
墓碑
墓碑一般是不相等的熔湿力的结果，使得回流后元件在一端上站起来。
一样，加热越慢，板越平稳，越少发生。
降低装配通过183°C的温升速度将有助于校正那个缺点。
空洞
空洞是锡点的X光或截面检查通常所发觉的缺点。
空洞是锡点内的微小“气泡”，可能是被夹住的空气或助焊剂。
空洞一样由三个曲线错误所引发：
不够峰值温度；回流时刻不够；升温时期温度太高。
由于RTS曲线升温速度是周密操纵的，空洞一般是第一或第二个错误的结果，造成没挥发的助焊剂被夹住在锡点内。
这种情形下，为了幸免空洞的产生，应在空洞发生的点测量温度曲线，适当调整直到问题解决。
无光泽、颗粒状焊点
一个相对普遍的回流焊缺点是无光泽、颗粒状焊点。
那个缺点可能只是美观上的，但也可能是不牢固焊点的征兆。
在RTS曲线内更正那个缺点，应该将回流前两个区的温度减少5°C；峰值温度提高5°C。
若是如此还不行，那么，应继续如此调剂温度直抵达到希望的结果。
这些调剂将延长锡膏活性剂寿命，减少锡膏的氧化暴露，改善熔湿能力。
烧焦的残留物
烧焦的残留物，尽管不必然是功能缺点，但可能在利用RTS温度曲线时遇见。
为了纠正该缺点，回流区的时刻和温度要减少，通常5°C。
结论
RTS温度曲线不是适于每一个回流焊接问题的万妙药，也不能用于所有的炉或所有的装配。
可是，采纳RTS温度曲线能够减少能源本钱、增加效率、减少焊接缺点、改善熔湿性能和简化回流工序。
这并非是说RSS温度曲线已变得过时，或RTS曲线不能用于旧式的炉。
不管如何，工程师应该明白还有更好的回流温度曲线能够利用。
注：
所有温度曲线都是利用Sn63/Pb37合金，183°C的共晶熔点。
群焊的温度曲线
作温度曲线是一个专门好的直观化方式，维持对回流焊接或波峰焊接工艺进程的跟踪。
通过绘制当印刷电路装配（PCA）穿过炉子时的时刻温度曲线，能够计算在任何给按时刻所吸收的热量。
只有当所有涉及的零件在正确的时刻暴露给正确的热量时，才能够使群焊达到完善。
这不是一个容易达到的目标，因为零件常常有不同的热容量，并在不同的时刻达到所希望的温度。
常常咱们看到在一个PCA上不只一种大小的焊点，同一个温度曲线要熔化不同数量的焊锡。
需要考虑PCA的定位与方向、热源位置与设备内均匀的空气循环，以给焊接点输送正确的热量。
许多人从体会中了解到，大型元件底部与PCA其它位置的温度不同是不容轻忽的。
什么缘故取得正确的热量是如此重要呢？
当焊接点不取得足够的热量，助焊剂可能不完全激化，焊接合金可能未完全熔化。
在最终产品检查中，可能观看到冷焊点（coldsolder）、元件竖立（tomb-stoning）、不湿润（non-wetting）、锡球/飞溅（solderball/ splash）等结果。
另一方面，若是吸收太多热量，元件或板可能被损坏。
最终结果可能是元件爆裂或PCB翘曲，同时不能经受对长期的产品靠得住性的阻碍。
关于波峰焊接，装配已经部份地安装了回流焊接的表面贴装元件。
已回流的焊接点可能回到一个液化时期，降低固态焊点的位置精度。
除热的数量之外，加热时刻也是重要的。
PCA温度必需以预先决定的速度从室温提高到液化温度，而不能给装配带来严峻的温度冲击。
那个预热，或升温时期也将在助焊剂完全被激化之前让其中的溶剂蒸发。
重要的是要保证，装配上的所有零件在上升到焊接合金液化温度之前，以最大的预热温度达到温度平稳。
那个预热有时叫作“驻留时刻”或“保温时刻”。
关于蒸发锡膏内的挥发性成份和激化助焊剂是重要的。
在达到液化温度以后，装配应该有足够的时刻停留在该温度之上，以保证装配的所有区域都达到液化温度，适本地形成焊接点。
若是在装配中有表面贴装胶要固化，固化时刻和温度必需与焊接温度曲线和谐。
在焊接点形成以后，装配必需从液化温度冷却超过150°C到室温。
一样，这必需一预先确信的速度来完成，以幸免温度冲击。
稳固的降温将给足够的时刻让熔化的焊锡固化。
这也将幸免由于元件与PCB之间的温度膨胀系数（CTE）不同所产生的力对新形成的焊接点损坏。
回流焊接工艺的经典PCB温度曲线
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。
作温度曲线有两个要紧的目的：
1）为给定的PCB装配确信正确的工艺设定，2）查验工艺的持续性，以保证可重复的结果。
通过观看PCB在回流焊接炉中通过的实际温度（温度曲线），能够查验和/或纠正炉的设定，以达到最终产品的最正确品质。
经典的PCB温度曲线将保证最终PCB装配的最正确的、持续的质量，事实上降低PCB的报废率，提高PCB的生产率和合格率，而且改善整体的获利能力。
回流工艺
在回流工艺进程中，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。
为了查验回流焊接工艺进程，人们利用一个作温度曲线的设备来确信工艺设定。
温度曲线是每一个传感器在通过加热进程时的时刻与温度的可视数据集合。
通过观看这条曲线，你能够视觉上准确地看出多少能量施加在产品上，能量施加哪里。
温度曲线许诺操作员作适当的改变，以优化回流工艺进程。
一个典型的温度曲线包括几个不同的时期-初试的升温（ramp）、保温（soak）、向回流形成峰值温度（spiketoreflow）、回流（reflow）和产品的冷却（cooling）。
作为一样原那么，所希望的温度坡度是在2~4°C范围内，以避免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，许多因素可能阻碍装配的品质。
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恰好在锡膏材料的熔点之下-关于共晶焊锡为183°C，保温时刻在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，许诺较容易地转变到回流区，2）激扮装配上的助焊剂。
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进程，留下焊锡能够附着的清洁表面。
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刻（TAL,timeaboveliquidous）。
回流区时炉子内的关键时期，因为装配上的温度梯度必需最小，TAL必需维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那个时期达到的-装配达到炉内的最高温度。
必需警惕的是，不要超过板上任何温度灵敏元件的最高温度和加热速度。
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、同速度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。
在回流区以后，产品冷却，固化焊点，将装配为后面的工序预备。
操纵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。
在回流焊接工艺中利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，如前面所讲到的，装配在一段时刻内经历相同的温度。
帐篷型温度曲线是一个持续的温度上升，从装配进入炉子开始，直到装配达到所希望的峰值温度。
典型的保温型温度曲线
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利用的锡膏类型而不同。
取决于锡膏化学组成，制造商将建议最正确的温度曲线，以达到最高的性能。
温度曲线的信息能够通过联系锡膏制造商取得。
最多见的配方类型包括水溶性（OA）、松香适度激化型（RMA,rosinmildlyactivated）和免洗型（no-clean）锡膏。
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：
•数据搜集曲线仪，它从炉子中间通过，从PCB搜集温度信息。
•热电偶，它附着在PCB上的关键元件，然后连接到随行的曲线仪上。
•隔酷爱惜，它爱惜曲线仪被炉子加热。
•软件程序，它许诺搜集到的数据以一个格式观看，迅速确信焊接结果和/或在失控恶劣阻碍最终PCB产品之前找到失控的趋势。
读出与评估温度曲线数据
锡膏制造商一样对其锡膏配方专门有推荐的温度曲线。
应该利用制造商的推荐来确信一个特定工艺的最正确曲线，与实际的装配结果进行比较。
然后可能采取步骤来改变机械设定，以达到特殊装配的最正确结果
总结
做温度曲线是PCB装配中的一个关键元素，它用来决定进程机械的设定和确认工艺的持续性。
没有可测量的结果，对回流工艺的操纵是有限的。
咨询一下锡膏供给商，查看一下元件规格，为一个特定的工艺确信最正确的曲线参数。
通过实施经典PCB温度曲线和机械的品质治理温度曲线的一个正常的制度，PCB的报废率将会降低，而质量与产量都会改善。
结果，总的运作本钱将减低。
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