本文格式為Word版，下載可任意編輯——回流爐爐溫曲線電子信息產(chǎn)業(yè)在中國的迅猛進(jìn)展，推動(dòng)著外觀貼裝工藝（SMT）的質(zhì)量和效率的提高。回流焊作為SMT生產(chǎn)線上的核心工藝環(huán)節(jié)，其質(zhì)量與效率的提高集中表達(dá)在回流曲線的優(yōu)化與操縱上。隨著無鉛焊的實(shí)施，回流曲線引起的焊接質(zhì)量問題更加突出。本文主要闡述了回流溫度曲線設(shè)置與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系。

回流溫度；曲線設(shè)置；產(chǎn)品質(zhì)量

0.引言

我們從回流過程中焊膏作用和焊點(diǎn)形成機(jī)理啟程，對回流曲線舉行優(yōu)化，鮮明已跳出了僅僅從制止焊接缺陷發(fā)生的角度而優(yōu)化回流曲線的范疇，將回流曲線的優(yōu)化以特定參數(shù)的形式與焊點(diǎn)的穩(wěn)當(dāng)性聯(lián)系起來，不僅可以制止焊接缺陷發(fā)生，也使得焊點(diǎn)的穩(wěn)當(dāng)性得以操縱。

1.回流曲線優(yōu)化的應(yīng)用策略

加熱因子是回流曲線中最重要的參數(shù)，加熱因子最優(yōu)范圍的操縱抉擇著IMC厚度的操縱，IMC厚度也根本上抉擇著焊點(diǎn)穩(wěn)當(dāng)性的操縱，加熱因子最優(yōu)范圍在PCB板上各個(gè)焊點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)成為回流曲線優(yōu)化是否告成的重要標(biāo)志。而冷卻速率在優(yōu)化中也應(yīng)得到重視，宜取較大的冷卻速率來獲得微細(xì)布局的焊點(diǎn)組織，使其穩(wěn)當(dāng)性得到提高。預(yù)熱因子僅作為一個(gè)參考值，可以不作為回流曲線優(yōu)化的重點(diǎn)。

假設(shè)某焊膏制造商推舉的回流曲線，首先應(yīng)確定好其加熱因子的最優(yōu)范圍并作為最重要的優(yōu)化指標(biāo)，其它指標(biāo)如升溫速率（ramprate），保溫時(shí)間（soaktime）應(yīng)根本符合焊膏制造商的要求，冷卻速率（coolingrate）須得到有效的操縱，以此作為優(yōu)化的回流曲線。因此回流曲線就可以作為待要實(shí)現(xiàn)的經(jīng)過優(yōu)化的目標(biāo)回流曲線，焊點(diǎn)溫度曲線的加熱片面宜盡量迫近此目標(biāo)回流曲線，以獲取和目標(biāo)曲線盡量匹配的預(yù)熱因子，而冷卻片面宜使得熱質(zhì)最小焊點(diǎn)（即溫升片面最熱的焊點(diǎn)）的冷卻速率達(dá)成許可范圍的最大值4℃/sec，這樣其它焊點(diǎn)的冷卻速率也可以達(dá)成許可條件下的最大化。

2.對回流爐的要求

優(yōu)化回流曲線的實(shí)現(xiàn)要求回流爐的熱傳遞過程有分外好的平勻性，這樣能盡量使得PCBA上每一個(gè)焊點(diǎn)的溫度都盡可能的一致，各個(gè)焊點(diǎn)的加熱因子值也盡量的一致，以最小化各個(gè)焊點(diǎn)的加熱因子之差，從而易于實(shí)現(xiàn)加熱因子最優(yōu)范圍的操縱。這就要求以完全的熱風(fēng)強(qiáng)制對流加熱為熱交換手段。對回流焊的各種加熱方式作對比，鮮明對流加熱的平勻性、可控性均最好。而采用紅外加熱技術(shù)時(shí)，安裝在PCB上的各種器件不同的輻射率使得其熱平勻性較差，而且紅外（IR）輻射能量是直線傳播，當(dāng)一個(gè)體積小，薄形的器件緊靠大尺寸，高的器件就會(huì)有陰影，也會(huì)產(chǎn)生不平勻輻射。強(qiáng)制熱風(fēng)對流與紅外加熱相比，能明顯裁減印制板平面的加熱溫度差。目前市場上面向無鉛焊生產(chǎn)的回流爐都以強(qiáng)制熱風(fēng)對流加熱為主要的熱傳遞方式。

采用對流加熱時(shí)，既要考慮熱風(fēng)速度的區(qū)別，也要考慮熱風(fēng)方向的區(qū)別。一方面，強(qiáng)制熱風(fēng)速度的增加，加速了熱量傳送到PCB板上貼片裝器件的速度，使得熱平勻性更好，但是過大的風(fēng)速會(huì)造成器件移位或脫離原切實(shí)貼裝位置。所以熱風(fēng)的速度確定要使得直對熱風(fēng)噴嘴口下面的器件不會(huì)造成移位（也就是講，熱量傳送的有效區(qū)域不能直采納到噴嘴口的指向影響）。另一方面，熱風(fēng)方向的區(qū)別也是導(dǎo)致溫度不均的理由。當(dāng)封裝體接觸的熱風(fēng)流方向不同，兩個(gè)一致的器件組所得到熱量速度是不同的。這種問題在球引腳器件底部與印制板間的支承空間，熱風(fēng)流的流向分布變得更為突出。例如BGA器件的回流焊工藝，在封裝體的底部引腳與印制板間的熱風(fēng)流量少于印制板安裝面的引腳器件。

總之，業(yè)界無異議地認(rèn)為強(qiáng)制熱風(fēng)對流是SMT回流焊接的最好選擇。大量專家也贊成應(yīng)對此項(xiàng)技術(shù)做出有價(jià)值的提升，包括提高焊爐內(nèi)PCB安裝面熱風(fēng)流溫度、速度、流量、平勻性及一致性的系統(tǒng)才能。

綜合上面的議論，考慮到無鉛回流焊接要求回流爐在運(yùn)行中達(dá)成更高的溫度，回流曲線的工藝窗口變窄，相對于傳統(tǒng)的有鉛回流焊，對爐子有著更高的要求：

（a）首先，回流爐各加熱區(qū)應(yīng)有較強(qiáng)的對流換熱才能，以便獲得更平勻的熱傳導(dǎo)。由于較強(qiáng)的對流換熱才能將使得較大熱質(zhì)元件的溫度也能較快的迫近熱源溫度，而較小熱質(zhì)元件的溫度在較早達(dá)成熱源溫度后，與熱源溫度保持平衡，直到熱源的溫度再次變更，這樣使得較大熱質(zhì)元件的溫度和較小熱質(zhì)元件的溫度在各加熱區(qū)的末端達(dá)成平衡，至少較為接近于平衡。

（b）其次，回流爐各加熱區(qū)在和印刷電路板發(fā)生熱交換的界面，即處于PCB板所在的平面，應(yīng)有盡量平勻的溫度場分布，以平衡的加熱PCBA。

（c）回流爐各加熱區(qū)熱源的重復(fù)性需要得到切實(shí)的保證，這是實(shí)現(xiàn)加熱因子優(yōu)化操縱最重要的因素。對于以同樣的初始條件，在同樣的爐操縱參數(shù)下舉行回流的同一PCBA，特定焊點(diǎn)所體驗(yàn)的溫度曲線和加熱因子應(yīng)保持一致，否那么無法保證回流焊接的連續(xù)性和穩(wěn)當(dāng)性生產(chǎn)。這就要求回流爐傳遞的熱量穩(wěn)定性（包括溫度和風(fēng)速、風(fēng)量）好。

（d）回流爐加熱區(qū)的數(shù)目也理應(yīng)有所增加，并且多多益善?？紤]到無鉛回流焊相對于傳統(tǒng)的有鉛焊升高的溫度（焊膏液相溫度升高217～183=34℃），用少數(shù)的幾個(gè)加熱區(qū)實(shí)現(xiàn)較高的溫度，將使得各個(gè)加熱區(qū)承受驅(qū)動(dòng)PCBA達(dá)成特定溫度的任務(wù)過重，導(dǎo)致各個(gè)加熱區(qū)之間的熱源設(shè)定溫度較大，輕易引起PCBA在某個(gè)時(shí)段升溫過快，造成對熱敏感元件的沖擊，可能損傷芯片元件。

（e）回流爐的冷卻區(qū)應(yīng)得到有效的操縱，冷卻才能應(yīng)得到加強(qiáng)。在無鉛回流焊中，較快的冷卻速率有助于焊點(diǎn)形成較精細(xì)的微布局，機(jī)械性能大為改善，鞏固了焊點(diǎn)的穩(wěn)當(dāng)性。因此回流爐的冷卻區(qū)，尤其是靠近加熱區(qū)的第一個(gè)冷卻區(qū)，一般對應(yīng)于焊料從峰值溫度降低到固相，對微布局的形成最為關(guān)鍵，尤其需要有較強(qiáng)的冷卻才能，并且是可控的。

3.終止語

通過不斷的摸索與總結(jié)，察覺SMT產(chǎn)品質(zhì)量與回流溫度曲線的設(shè)置緊密相關(guān)，為了確保SMT產(chǎn)品的質(zhì)量，務(wù)必加強(qiáng)回流溫度的理論研究和根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置溫度曲線。

[1]黃丙元.SMT再流焊溫度場的建模與仿真[D].天津大學(xué)，2022.

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