回流焊温度曲线详解

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1、[SMT]回流焊温度曲线ReflowProfile表面黏著技術(SMT,SurfaceMountTechnology)的回流焊溫度曲線包括預熱、浸潤、回焊和冷卻四個部份，以下為個人的心得整理，如果有誤或偏偏也請各位先進不吝指教。預熱區預熱區通常是指由溫度由常溫升高至150℃左右的區域﹐在這個區域﹐溫度緩升以利錫膏中的部分溶劑及水氣能夠及時揮發﹐電子零件特別是IC零件緩緩升溫﹐為適應後面的高溫。但PCB表面的零件大小不一﹐吸熱裎度也不一，為免有溫度有不均勻的現象﹐在預熱區升溫的速度通常控制在1.5℃--3℃/sec。預熱區均勻加熱的另一目的，是要使溶劑適度的揮發並活化助焊劑，因

2、為大部分助焊劑的活化溫度落在150℃以上。快速升溫有助快速達到助焊劑軟化的溫度，因此助焊劑可以快速地擴散並覆蓋到最大區域的焊點，它可能也會讓一些活化劑融入實際合金的液體中。可是，升溫如果太快﹐由於熱應力的作用﹐可能會導致陶瓷電容的細微裂紋(microcrack)、PCB所熱不均而產生變形(Warpage)、空洞或IC晶片損壞﹐同時錫膏中的溶劑揮發太快﹐也會導致塌陷產生的危險。較慢的溫度爬升則允許更多的溶劑揮發或氣體逃逸，它也使助焊劑可以更靠近焊點，減少擴散及崩塌的可能。但是升溫太慢也會導致過度氧化而降低助焊劑的活性。爐子的預熱區一般占加熱通道長度的1/4—1/3﹐其停留時間計

3、算如下﹕設環境溫度為25℃﹐若升溫斜率按照3℃/sec計算則（150-25）/3即為42sec﹐如升溫斜率按照1.5℃/sec計算則（150-25）/1.5即為85sec。通常根據組件大小差異程度調整時間以調控升溫斜率在2℃/sec以下為最佳。另外還有幾種不良現象都與預熱區的升溫有關係，下面一一說明：1.塌陷：這主要是發生在錫膏融化前的膏狀階段，錫膏的黏度會隨著溫度的上升而下降，這是因為溫度的上升使得材料內的分子因熱而震動得更加劇烈所致；另外溫度迅速上升會使得溶劑(Solvent)沒有時間適當地揮發，造成黏度更迅速的下降。正確來說，溫度上升會使溶劑揮發，並增加黏度，但溶劑揮發

4、量與時間及溫度皆成正比，也就是說給一定的溫升，時間較長者，溶劑揮發的量較多。因此升溫慢的錫膏黏度會比升溫快的錫膏黏度來的高，錫膏也就必較不容易產生塌陷。2.錫珠：迅速揮發出來的氣體會連錫膏都一起往外帶，在小間隙的零件下會形成分離的錫膏區塊，迴焊時分離的錫膏區塊會融化並從零件底下冒出而形成錫珠。3.錫球：升溫太快時，溶劑氣體會迅速的從錫高中揮發出來並把飛濺錫膏所引起。減緩升溫的速度可以有效控制錫球的產生。但是升溫太慢也會導致過度氧化而降低助焊劑的活性。4.燈蕊虹吸現象：這個現象是焊料在潤濕引腳後，焊料從焊點區域沿引腳向上爬升，以致焊點產生焊料不足或空銲的問題。其可能原因是錫膏在

5、融化階段，零件腳的溫度高於PCB的銲墊溫度所致。可以增加PCB底部溫度或是延長錫膏在的熔點附近的時間來改善，最好可以在焊料潤濕前達到零件腳與焊墊的溫度平衡。一但焊料已經潤濕在焊墊上，焊料的形狀就很難改變，此時也不在受溫升速率的影響。5.潤濕不良：一般的潤濕不良是由於焊接過程中錫粉被過度氧化所引起，可經由減少預熱時錫膏吸收過多的熱量來改善。理想的回焊時間應儘可能的短。如果有其他因素致加熱時間不能縮短，那建議從室溫到錫膏熔點間採線性溫度，這樣迴焊時就能減少錫粉氧化的可能性。6.虛焊或“枕頭效應”(Head-In-Pillow)：虛焊的主要原因可能是因為燈蕊虹吸現象或是不潤濕所造成

6、。燈蕊虹吸現象可以參照燈蕊虹吸現象的解決方法。如果是不潤濕的問題，也就是枕頭效應，這種現象是零件腳已經浸入焊料中，但並未形成真正的共金或潤濕，這個問題通常可以利用減少氧化來改善，可以參考潤濕不良的解決方法。7.墓碑效應及歪斜：這是由於零件兩端的潤濕不平均所造成的，類似燈蕊虹吸現象，可以藉由延長錫膏在的熔點附近的時間來改善，或是降低升溫的速率，使零件兩端的溫度在錫膏熔點前達到平衡。另一個要注意的是PCB的焊墊設計，如果有明顯的大小不同、不對稱、或是一方焊墊有接地(ground)又未設計熱阻(thermalthief)而另一方焊墊無接地，都容易造成不同的溫度出現在焊墊的兩端，當一

7、方焊墊先融化後，因表面張力的拉扯，會將零件立直(墓碑)及拉斜。8.空洞(Voids)：主要是因為助焊劑中的溶劑或是水氣快速氧化，且在焊料固化前未即時逸出所致。浸潤區浸潤區又稱活性區﹐在恆溫區溫度通常維持在150℃±10的區域﹐此時錫膏處于融化前夕﹐焊膏中的揮發物進一步被去除﹐活化劑開始啟動﹐並有效的去除焊接表面的氧化物﹐PCB表面溫度受熱風對流的影響﹐不同大小﹐質地不同的零組件溫度能保持均勻﹐板面溫度差△T接近最小值。曲線形態接近水平狀﹐它也是評估回流爐工藝的一個窗口﹐選擇能維持平坦活性溫度曲線的爐子將