引言:自80年代以來(lái)，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(gè)過(guò)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(duì)于最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性顯得至關(guān)重要。因此對(duì)回流焊工藝進(jìn)行深入研究、開(kāi)發(fā)合理的回流焊溫度曲線(xiàn),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(guò)回流焊進(jìn)行焊接，目前回流焊設(shè)備的種類(lèi)以熱傳遞方式劃分有紅外線(xiàn)、全熱風(fēng)、紅外線(xiàn)加熱風(fēng)三種類(lèi)型。
　　? 紅外線(xiàn)：紅外線(xiàn)回流焊是以紅外線(xiàn)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(xiàn)路板及各種元器件因材質(zhì)，色澤的不同對(duì)紅外線(xiàn)輻射的熱吸收率存在著很大的差異，因此造成印刷線(xiàn)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(guò)對(duì)流噴射管嘴或者耐熱風(fēng)機(jī)來(lái)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(xiàn)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(xiàn)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(duì)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(xiàn)路板上的每一個(gè)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(xiàn)路板的抖動(dòng)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(xiàn)加熱的基礎(chǔ)上追加了熱風(fēng)的循環(huán)，通過(guò)紅外線(xiàn)和熱風(fēng)雙重作用來(lái)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(xiàn)穿透力強(qiáng)，具有熱效率高，能耗低的特點(diǎn)，同時(shí)又有效地克服了紅外線(xiàn)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(duì)氣體流動(dòng)速度要求過(guò)快而造成不良影響。
　　溫度曲線(xiàn)
　　溫度曲線(xiàn)是施加于裝配元件上的溫度對(duì)時(shí)間的函數(shù)Y=F(T)，體現(xiàn)為回流過(guò)程中印刷線(xiàn)路板上某一給定點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的一條曲線(xiàn)。如圖 1 所示，（圖 1 給出的是一條較典型的RSS溫度曲線(xiàn)）。圖中橫軸是時(shí)間，縱軸是溫度，曲線(xiàn)Y是一條隨時(shí)間的增加溫度不斷發(fā)生變化的曲線(xiàn)。曲線(xiàn)Y在OtT坐標(biāo)系中所包圍的面積為被測(cè)點(diǎn)在整個(gè)回流焊接過(guò)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(xiàn)函數(shù)為 Y=∫  d(T)。溫度曲線(xiàn)又可分為 RSS曲線(xiàn)和RTS曲線(xiàn)。
　　RSS曲線(xiàn)：（如圖2）是一種由升溫、保溫、回流、冷卻四個(gè)溫度區(qū)間組成的溫度曲線(xiàn)。其每個(gè)溫度區(qū)間在整個(gè)回流焊接過(guò)程中扮演著不同的角色。升溫區(qū)：通過(guò)緩慢加熱的方式使印刷線(xiàn)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(guò)保持相對(duì)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(xiàn)路板的焊盤(pán)和元器件的焊極之間形成合金，完成焊接過(guò)程。冷卻區(qū)：對(duì)完成焊接的印刷線(xiàn)路板進(jìn)行降溫。
　　? RTS曲線(xiàn)：（如圖3）是一種從升溫至回流的溫度曲線(xiàn)。可分為升溫區(qū)和冷卻區(qū)。升溫區(qū)：占整個(gè)回流焊接過(guò)程的2/3，速度平緩一般為0.5-1.5℃/S。使印刷線(xiàn)路板的溫度從室溫升至峰值溫度。冷卻區(qū)：對(duì)完成焊接的印刷線(xiàn)路板進(jìn)行降溫。
　　? RSS曲線(xiàn)與RTS曲線(xiàn)的比較：
　　? RSS曲線(xiàn)：重視溫度與時(shí)間的結(jié)合，曲線(xiàn)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(xiàn)路板尺寸偏小，板上元器件體積較小、種類(lèi)較少的產(chǎn)品。
　　? RTS曲線(xiàn)：重視升溫速率，曲線(xiàn)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(xiàn)路板尺寸較大，板上元器件體積較大、種類(lèi)較多的產(chǎn)品。
　　溫度曲線(xiàn)的設(shè)定
　　溫度曲線(xiàn)是由回流焊爐的多個(gè)參數(shù)共同作用的結(jié)果，其中起決定性作用的兩個(gè)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(xiàn)路板暴露在每個(gè)溫區(qū)的持續(xù)時(shí)間，增加持續(xù)時(shí)間可以使印刷線(xiàn)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(gè)溫區(qū)所用的持續(xù)時(shí)間的總和又決定了整個(gè)回流過(guò)程的處理時(shí)間。每個(gè)溫區(qū)的溫度設(shè)定影響印刷線(xiàn)路板通該溫區(qū)時(shí)溫度的高低。印刷線(xiàn)路板在整個(gè)回流焊接過(guò)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(gè)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(xiàn)。
　　現(xiàn)以最為常用的RSS曲線(xiàn)為例介紹一下?tīng)t溫曲線(xiàn)的設(shè)定方法。
　　? 鏈速的設(shè)定：設(shè)定溫度曲線(xiàn)時(shí)第一個(gè)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(xiàn)路板通過(guò)加熱通道所花的時(shí)間。傳送帶速度的設(shè)定可以通過(guò)計(jì)算的方法獲得。這里要引入一個(gè)指標(biāo)，負(fù)載因子。負(fù)載因子：F=L/(L+s) L=基板的長(zhǎng)，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(guò)程中爐內(nèi)的印刷線(xiàn)路板對(duì)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(zhǎng)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(xiàn)路板長(zhǎng)/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(kāi)始到爐內(nèi)峰值溫度的時(shí)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(zhǎng)度/180S。在得出兩個(gè)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(gè)完整的RSS爐溫曲線(xiàn)包括四個(gè)溫區(qū)（如圖2）。分別為：
　　? 預(yù)熱區(qū)：其目的是將印刷線(xiàn)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(huì)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(xiàn)路板維持在某個(gè)特定溫度范圍并持續(xù)一段時(shí)間，使印刷線(xiàn)路板上各個(gè)區(qū)域的元器件溫度相同，減少他們的相對(duì)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(pán)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(shí)間設(shè)定在60-90秒。如果活性溫度設(shè)定過(guò)高會(huì)使助焊劑過(guò)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(shí)間設(shè)定的過(guò)長(zhǎng)會(huì)使錫膏內(nèi)助焊劑的過(guò)度揮發(fā)，致使在焊接時(shí)缺少助焊劑的參與使焊點(diǎn)易氧化，潤(rùn)濕能力差，時(shí)間太短則參與焊接的助焊劑過(guò)多，可能會(huì)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(xiàn)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(shí)間，使其形成合金，完成元器件電極與焊盤(pán)的焊接。該區(qū)的溫度設(shè)定在183℃以上，時(shí)間為30-90秒。（以SN63PB37為例）峰值不宜超過(guò)230℃，200℃以上的時(shí)間為20-30秒。如果溫度低于183℃將無(wú)法形成合金實(shí)現(xiàn)不了焊接，若高于230℃會(huì)對(duì)元器件帶來(lái)?yè)p害，同時(shí)也會(huì)加劇印刷線(xiàn)路板的變形。如果時(shí)間不足會(huì)使合金層較薄，焊點(diǎn)的強(qiáng)度不夠，時(shí)間較長(zhǎng)則合金層較厚使焊點(diǎn)較脆。
　　? 冷卻區(qū)：其目的是使印刷線(xiàn)路板降溫，通常設(shè)定為每秒3-4℃。如速率過(guò)高會(huì)使焊點(diǎn)出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，過(guò)慢則會(huì)加劇焊點(diǎn)氧化。理想的冷卻曲線(xiàn)應(yīng)該是和回流區(qū)曲線(xiàn)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(xiàn)各個(gè)溫區(qū)的特性后就可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)來(lái)設(shè)定回流焊爐每個(gè)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(lái)。在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)爐內(nèi)的產(chǎn)品會(huì)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(shí)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(duì)爐溫進(jìn)行實(shí)時(shí)更新的，因此這就要求設(shè)定的溫度曲線(xiàn)具有一定的適應(yīng)能力或針對(duì)不同的產(chǎn)品種類(lèi)設(shè)定不同的溫度曲線(xiàn)。如，印刷線(xiàn)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(duì)熱量的吸收較小，元器件本身的升溫速度也相對(duì)較快，所以曲線(xiàn)升溫區(qū)的升溫速率可以適當(dāng)加大，保溫區(qū)的保溫時(shí)間可以相對(duì)縮短。而對(duì)于印刷線(xiàn)路板的尺寸較大，元器體積較大的產(chǎn)品，其對(duì)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(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)以保證板面上各種元器件及元器件的每個(gè)部位之間的溫差最小。
　　溫度曲線(xiàn)的測(cè)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(shí)會(huì)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(xiàn)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量以得到產(chǎn)品實(shí)際的溫度，并對(duì)設(shè)定的溫度進(jìn)行分析，修改以得到一條針對(duì)某種產(chǎn)品的最佳溫度曲線(xiàn)。
　　爐溫曲線(xiàn)測(cè)量需要的設(shè)備和輔助工具：u
　　? 溫度曲線(xiàn)儀：測(cè)溫儀一般分為兩類(lèi)：實(shí)時(shí)測(cè)溫儀，能夠即時(shí)傳送溫度、時(shí)間數(shù)據(jù)并作出圖形。另一種非實(shí)時(shí)測(cè)溫儀，通過(guò)采樣、儲(chǔ)存，然后將采集來(lái)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(cè)溫端和參比端存在溫差時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電流，通過(guò)電流的大小來(lái)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(xiàn)路板上的工具：焊料，膠粘劑，高溫膠帶。
　　測(cè)試點(diǎn)的選擇：實(shí)際在生產(chǎn)一塊印刷線(xiàn)路板過(guò)程中，板面上各個(gè)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(dòng)（從上、下n 兩個(gè)加熱板向傳輸軌道方向流動(dòng)，當(dāng)遇到阻隔時(shí)就沿著印刷線(xiàn)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(cè)量中要較真實(shí)，較全面的反映被測(cè)產(chǎn)品的真實(shí)溫度被測(cè)點(diǎn)的選取尤為重要。一般遵循以下幾個(gè)原則。
　　1) 在條件允許的條件下盡量多的選取被點(diǎn)。
　　2) 被測(cè)點(diǎn)的選擇盡量在同一縱軸線(xiàn)上。
　　3) 對(duì)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(cè)點(diǎn)后則需在被測(cè)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(cè)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?duì)焊接的技能要求較高，由于是高溫焊接所以對(duì)元器件的熱沖擊也較大。測(cè)溫效果較好。
　　2) 使用膠粘劑固定，一般使用環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)的膠粘劑將熱電偶固定在被測(cè)點(diǎn)。要求膠點(diǎn)要盡可能的小。測(cè)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(cè)點(diǎn)。要求要盡可能的將熱電偶靠近被測(cè)點(diǎn)。這種方法操作方便，但測(cè)量效果最差。
　　每種方法都應(yīng)該將熱電偶的測(cè)量端盡可能的靠近被測(cè)點(diǎn)，這樣才能夠得到較真實(shí)的測(cè)量結(jié)果。（如圖4）
　　測(cè)量方法：n
　　1) 對(duì)被測(cè)的印刷線(xiàn)路板進(jìn)行熱性能分析選擇被測(cè)點(diǎn)。
　　2) 將熱電偶附著在被測(cè)的印刷線(xiàn)路板上。為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性被測(cè)的印刷線(xiàn)路板應(yīng)選用完全貼裝的產(chǎn)品。
　　3) 觸發(fā)測(cè)溫儀開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)并將測(cè)溫儀連同被測(cè)的印刷線(xiàn)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(cè)溫儀有兩種，一種是觸發(fā)后立即開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，這就要求在觸發(fā)后在最短的時(shí)間內(nèi)將測(cè)溫儀放入回流焊爐，以保證所測(cè)回流時(shí)間的準(zhǔn)確性。另一種測(cè)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(huì)記錄數(shù)據(jù)。）以上時(shí)才開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，這種測(cè)溫儀對(duì)放入時(shí)間就沒(méi)有什么要求。第二點(diǎn)：為了最大限度的還原生產(chǎn)時(shí)的實(shí)際環(huán)境，在被測(cè)板的前方要保證正常生產(chǎn)時(shí)的過(guò)板數(shù)量。在被測(cè)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(cè)溫儀接入計(jì)算機(jī)，生成溫度曲線(xiàn)。
　　曲線(xiàn)分析與爐溫調(diào)整：分析溫度曲線(xiàn)之前需掌握幾個(gè)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(shí)間。
　　2) 各溫區(qū)的工藝參數(shù)（溫度、時(shí)間、升溫速度）。
　　具體調(diào)整方法如下：首先通過(guò)調(diào)整傳送帶速度來(lái)滿(mǎn)足從環(huán)境溫度到回流峰值溫度的總時(shí)間與所希望的加熱曲線(xiàn)居留時(shí)間相區(qū)配。下一步，應(yīng)以從左到右的順序調(diào)整曲線(xiàn)的偏差（流程順序），來(lái)保證整體曲線(xiàn)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(gè)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(xiàn)并測(cè)出新的曲線(xiàn)后再參照新的曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)橐粋€(gè)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(xiàn)的調(diào)整。

　　結(jié)論: 溫度曲線(xiàn)是通過(guò)設(shè)定、測(cè)量、調(diào)整三個(gè)步驟得來(lái)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(xiàn)是要經(jīng)過(guò)很多次的測(cè)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(xiàn)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∷?、貼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(xiàn)的設(shè)定及正確的測(cè)量方法是一個(gè)合格的SMT工程師所必需具備專(zhuān)業(yè)知識(shí)。