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  回流焊（Reflow Soldering）也叫再流焊，是指通過重新熔化預先放置的焊料而形成焊點，在焊接過程中不再添加任何額外焊料的一種焊接方法。早期預置的是片狀和圈狀焊料，隨著片式元器件的出現，膏狀焊料應運而生，并取代了其他形式的焊料，再流焊技術成為SMT的主流工藝。

溫度曲線定義

再流焊的本質就是“熱加工”，其工藝的核心就是溫度曲線設計。溫度曲線是指工藝人員根據所需要焊接的代表性封裝（元件）及焊膏特性制定的“溫度-時間”變化曲線。通過鏈條傳送PCB速度和不同溫區的溫度設置來實現。

把設置溫度放置在溫度曲線力中并連接就形成一條折線，稱為爐溫折線。需要注意的是：溫度曲線是回流過程中封裝或PCB板上的實際溫度變化，而爐溫折線是回流爐各溫區的溫度設置，前者是目的，后者是手段。“溫區-爐溫折線-溫度曲線”的相互關系如下圖所示：

工藝窗口與工藝窗口指數

工藝窗口（Process Window），通常用來描述工藝參數調整極限范圍或用戶規格范圍（USL-LSL），最大允許值與最小允許值之間的區域。

工藝窗口指數（Process Window Index, PWI），是衡量用戶確定的工藝極限范圍內工藝能力適應程度的指標，換句話說，就是使用工藝窗口的最大百分比，用于簡單說明工藝是否滿足技術規范的要求，其值基本上是Cp倒數的百分比。PWI越大，工藝穩定性越差，反之亦然。

溫度曲線解析

溫度曲線，根據功能一般可劃分為四個區：升溫區、保溫區、再流焊區和冷卻區，其中再流焊區為核心區。

溫度曲線，一般以預熱溫度、保溫時間、焊接峰值溫度和焊接時間來描述，關鍵參數如下：

· 預熱開始溫度Tsmin；

· 預熱結束溫度Tsmax；

· 焊接最低峰值溫度Tpmin；

· 焊接最高峰值溫度Tpmax；

· 保溫時間ts；

· 焊接時間tL；

· 焊接駐留時間Tp；

· 升溫速率v1&v2；

· 冷卻速率v3。

關鍵參數的設置原則

01 預熱

預熱的作用主要有三個：蒸發焊劑中的揮發性成分；減少焊接時PCBA各部位的溫度差；助焊劑活化。

預熱開始溫度（Tsmin），一般沒有特別的要求，通常比預熱結束溫度（Tsmax）低50℃左右；

預熱結束溫度（Tsmax）為焊膏熔點以下20~30℃，通常200℃左右。

保溫時間（ts），一般在2~3min。確保PCBA在進入再流焊階段前達到熱平衡。從經驗看，只要不超過5min，一般不會出現焊劑提前失效問題。

02 焊接峰值溫度

焊接峰值溫度，由于PCB上每種元件封裝的結構與尺寸不同，而且分布密度也不均勻，所以測試溫度曲線不是一根曲線，而是一組曲線。

溫度曲線的設計原則是所有元器件的焊接峰值溫度，既不能高于元件的最高耐熱溫度也不能低于焊接的最低溫度要求。通常比焊膏熔點高11~12℃并小于260℃（無鉛元器件），在此前提下我們希望焊接的溫度越低越好。

較高的溫度出現在熱容量比較小的元件上（如0402等），較低的溫度出現在熱容量較大的元件上（如BGA等）。

03 焊接時間

焊接時間主要取決于PCB的熱特性和元器件的封裝，只要能夠使所有焊點達到焊接溫度以及BGA焊錫球與熔融焊膏熔合均勻并達到熱平衡即可。

焊接的時間，對于一個普通的焊點而言3~5s足夠；對于一塊PCBA來說，需綜合考慮所有的焊點；同時，還必須考慮減少PCBA不同部位的溫度差以減少熱沖擊或熱變形。因此，PCBA的焊接與單點的焊接有本質的差別，焊接時間會大大延長。

不同溫度、時間下的BGA焊點的微觀結構

隨著溫度的升高，無鉛焊球中Ag3Sn、Cu6Sn5相會進一步細化，金屬間化合物(IMC)會變得持續生長。如果溫度過高，也會使BGA焊球塌落過度，影響可靠性。特別是那些帶有金屬散熱殼的BGA。

不同溫度、時間下形成的BGA焊點的形態取決于焊料與焊球的混合程度以及混合合金的表面張力，如果混合不均、表面張力不夠，就不會形成鼓形的焊點，甚至帶有硬過渡的外形。

04 升溫速率（v1）

升溫速率(v1)，主要影響焊膏溶劑的揮發，過高，容易引起焊錫膏飛濺，從而形成錫球。因此一般要求控制在1~2℃/s。

升溫速率(v2)，是一個關鍵參數，對一些特定焊接缺陷有直接的影響，過高容易引發錫珠、立碑、偏斜和芯吸。一般要求盡可能的低，最好不要超過2℃/s。

05 冷卻速度

IPC/JEDEC-020C標準對業界能接受的冷卻速率做了規定，該標準將3-6℃作為冷卻速率的范圍。但這樣的規定實際上存在很大的風險，特別是焊接BGA器件時，如果冷卻速率達到4.5℃/s以上時，很可能導致焊點斷裂！

一般而言，較厚的塑封BGA需要慢速冷卻，甚至需要熱風慢冷，因為它是一個典型的雙層結構且容易吸潮。實際案例表明，如果冷卻速率小于等于2℃/s，就容易發生收縮斷裂了。

06 特定封裝的特別要求

BGA器件，焊接最低峰值溫度必須達到二次塌落所需要溫度（熔點+11~12℃）；必須有足夠的焊接時間，以便BGA封裝體達到基本的熱平衡，避免BGA在嚴重變形狀態下焊接。下釁焊接時間比較長，這主要因為現在使用的BGA越來越大，必須有足夠的時間保證BGA焊點在封裝接近熱平衡條件下凝固。

0201等微型片式元件，主要的焊接問題是立碑和葡萄球現象。

一個減少立碑現象的措施就是減小熔點以下10℃到熔點之間的升溫速率，如無鉛焊接工藝條件下，需要適當降低再流焊接溫度曲線上200~220℃區間的升溫速率。

葡萄球現象是無鉛、微焊盤焊接帶來的新問題。一般而言，焊盤尺寸小，相應印刷的焊膏也少。焊膏少，其含有的焊劑總量也隨之減少，去除氧化物的能力不足，很容易發生葡萄球現象。因此，在溫度曲線設置時需還要適當減少預熱的總時間，避免焊膏表面焊粉的過度氧化。

密間距器件，如0.4mmQFP容易橋連，要盡量減少熱坍塌現象的發生，這就需要減少高溫預熱階段的停留時間。

5 溫度曲線評價

如果需要對一個測試曲線進行較為客觀、準確的評價，需要多方面考慮。

與爐子的設置溫度聯系起來進行評價。因為設置溫度與焊接峰值的溫度差決定元件和PCB的變形和焊接應力，這通常比升溫速率或冷卻速率更好判斷。

· 與元件封裝聯系起來進行評價，特別是BGA的封裝結構聯系起來評價。因為不同封裝的BGA，其熱容量大小相差很大，熱變形過程也不同。

與工藝聯系起來看，比如采用的是有鉛工藝還是無鉛工藝，是Im-Sn還是HASL，不同的工藝條件，對溫度曲線的要求是不同的。

一般而言一個比較好的溫度曲線，應該具備：

PCBA上最大熱容量處與最小熱容量處在預熱結束時溫度匯交，也就是整板溫度達到熱平衡；

· 整板上最高峰值溫度滿足元件耐熱要求，最低峰值溫度符號焊點形成要求；

BGA封裝上的最高溫度與最低溫度之間不得有大于5℃的溫差存在，一般不允許超過7℃；

通過建立溫度曲線，首先按照PCBA的熱特性對其進行工藝性分類，以便對每類產品確定合適的溫度曲線；

基于我們關心的問題- 焊點的形成溫度、封裝的最高溫度以及溫度均勻性，應該選擇有代表性的封裝作為我們的分類條件，能夠反映PCBA上最高溫度、最低溫度以及BGA焊接質量的點作為測試點。

6 結尾

理論作指引，實踐出真知。本文雖然解析了再流焊溫度曲線及其工藝窗口的原理和評價原則。但對于具體產品溫度曲線的調節，每個溫區的溫度該增加或減少幾度，鏈速該增加或減少多少只有通過實操才能掌握，學習理論指引的方法論，同時多實踐、多體會、多思考，你就可以成為調節溫度曲線的行家里手。