炉温曲线知识 SMT知识总汇.docx

炉温曲线图一、回流温度曲线在生产中地位：回流焊接是在SMT工业组装基板上形成焊接点的主要方法，在SMT工艺中回流焊接是核心工艺由于表面组装PCB的设计，焊膏的印刷和元器件的贴装等产生的缺陷，最终都将集中表现在焊接中，而表面组装生产中全部工艺把握的目的都是为了获得良好的焊接质量，假如没有合理可行的回流焊接工艺，前面任何工艺把握都将失去意义而回流焊接工艺的表现形式主要为回流温度曲线，它是指PCB的表面组装器件上测试点处温度随时间变化的曲线因而回流温度曲线是准备焊接缺陷的重要因素因回流曲线不适当而影响的缺陷形式主要有：部品爆裂/裂开、翘件、锡粒、桥接、虚焊以及生半田、PCB脱层起泡等因此适当设计回流温度曲线可得到高的良品率及高的牢靠度，对回流温度曲线的合理把握，在生产制程中有着举足轻重的作用二、回流温度曲线的一般技术要求及主要形式：1．回流温度曲线各环节的一般技术要求：一般而言，回流温度曲线可分为三个阶段：预热阶段、回流阶段、冷却阶段① 预热阶段：预热是指为了使锡水活性化为目的和为了避开浸锡时进行急剧高温加热引起部品不具合为目的所进行的加热行为预热温度：依使用锡膏的种类及厂商推举的条件设定一般设定在80〜160°C范围内使其慢慢升温（最佳曲线）；而对于传统曲线恒温区在140〜160C间，留意温度高则氧化速度会加快许多（在高温区会线性增大，在150C左右的预热温度下，氧化速度是常温下的数倍，铜板温度与氧化速度的关系见附图）预热温度太低则助焊剂活性化不充分。

预热时间视PCB板上热容量最大的部品、PCB面积、PCB厚度以及所用锡膏性能而定一般在80〜160C预热段内时间为60〜120see,由此有效除去焊膏中易挥发的溶剂，削减对元件的热冲击，同时使助焊剂充分活化，并且使温度差变得较小预热段温度提升率：就加热阶段而言，温度范围在室温与溶点温度之间慢的提升率可望减少大部分的缺陷对最佳曲线而言推举以0.5〜1C/sec的慢提升率，对传统曲线而言要求在3〜4C/sec以下进行升温较好② 回流阶段：?回流曲线的峰值温度通常是由焊锡的熔点温度、组装基板和元件的耐热温度准备的一般最小峰值温度大约在焊锡熔点以上30C左右（对于目前Sn63-pb焊锡，183C熔融点，则最低峰值温度约210C左右）峰值温度过低就易产生冷接点及润湿不够，熔融不足而致生半田，一般最高温度约235C，过高则环氧树脂基板和塑胶部分焦化和脱层易发生，再者超额的共界金属化合物将形成，并导致脆的焊接点（焊接强度影响）超过焊锡溶点以上的时间：由于共界金属化合物形成率、焊锡内盐基金属的分解率等因素，其产生及滤出不仅与温度成正比，且与超过焊锡溶点温度以上的时间成正比，为削减共界金属化合物的产生及滤出则超过熔点温度以上的时间必需削减，一般设定在45〜90秒之间，此时间限制需要使用一个快速温升率，从熔点温度快速提升到峰值温度，同时考虑元件承受热应力因素，提升率须介于2.5〜3.5C/see之间，且最大转变率不行超过4C/sec。

冷却阶段：高于焊锡熔点温度以上的慢冷却率将导致过度共界金属化合物产生，以及在焊接点处易发生大的晶粒结构，使焊接点强度变低，此现象一般发生在熔点温度和低于熔点温度一点的温度范围内快速冷却将导致元件和基板间太高的温度梯度，产生热膨胀的不匹配，导致焊接点与焊盘的分裂及基板的变形，一般状况下可容许的最大冷却率是由元件对热冲击的容忍度决定的综合以上因素，冷却区降温速率一般在4°C/S左右，冷却至75°C即可前应用较广泛的两种回流温度曲线模式：升温一保温方式（传统温度曲线）?解说：由起始快速温度提升至140〜170°C范围内某一预热温度并保持，TPHH—TPHL要依据回流炉力气而定（±10°C程度），然后温度持平40〜120S左右当作预热区，然后再快速升温至回流区，再快速冷却进入冷却区（温度变化速率要求在4°C/sec以下）特点：由于一般都取较低的预热温度，因而对部品高温影响小（给部品应力小）故可延长其加热时间，以便达到助焊剂的活性化同时由于从预热区到回流区，其温度提升较为激剧，易使焊接流变性恶化而致移位，且助焊剂活性化温度也低① 逐步升温方式（最佳温度曲线）：?解说：以慢的提升率（0.5〜1°C/sec）加热直到大约175C，然后在20〜30S内梯度提升到180C左右，再以2.5〜3.5°C/sec快速提升到220C左右，最终以不超过4°C/sec快速冷却下降。

其管理要点是保持确定的预热温度提升率，预热的终点接近锡的熔点温度特点：部品不受激剧的温度变化，助焊剂的活性化温度可以设定较高，但助焊剂的活性化时间短，同时预热温度高而使部品受高温影响② 比较以上两种回流温度曲线模式，主要的不同是后者无高原结构（即恒温加热区）的温度曲线部分目前我们公司主要是用前者③ 由于基板结构及其元件吸热性的差异，以及设施可把握加热率的限制，在穿过回流炉的基板不同点温度照旧会存在差异，借由一个削减温度梯度的高原形式的平衡区，在热点温度到焊锡溶点温度以下时，保持此温度一段时间，则冷点温度将有力赶上它，在每个元件达到相同温度之后，另一个快温升程序将使元件提升到峰值温度，这样可有效避开局部生半田或局部高温焦化的现象④ 另一方面，前者高原结构的获得，则在室温至恒温预热段以及恒温段至焊锡熔融段必定会消逝一个快速升温的过程，而此快速升温过程对因溅落而引起的焊锡球，在焊锡融点前部品两侧润湿不平衡而引起翘件等不良又有亲热关系，许多品质问题都希望在室温到焊锡溶点之间接受线性提升加热温度曲线来预防消退SMT有何特点组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般接受SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。

牢靠性高、抗振力气强焊点缺陷率低高频特性好削减了电磁和射频干扰易于实现自动化，提高生产效率降低成本达30%~50%节省材料、能源、设施、人力、时间等［编辑本段］为什么要用SMT电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小电子产品功能更完整，所接受的集成电路（IC）已无穿孔元件，特殊是大规模、高集成IC,不得不接受表面贴片元件产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力电子元件的进展，集成电路（IC）的开发，半导体材料的多元应用电子科技革命势在必行，追逐国际潮流［编辑本段］SMT基本工艺构成要素印刷（或点胶）-->贴装-->（固化）-->回流焊接-->清洗-->检测-->返修印刷：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做预备所用设施为印刷机（锡膏印刷机），位于SMT生产线的最前端点胶：因现在所用的电路板大多是双面贴片，为防止二次回炉时投入面的元件因锡膏再次熔化而脱落，故在投入面加装饰胶机，它是将胶水滴到PCB的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上所用设施为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设施的后面有时由于客户要求产出面也需要点胶，而现在许多小工厂都不用点胶机，若投入面元件较大时用人工点胶。

贴装：其作用是将表面组装元器件精确     安装到PCB的固定位置上所用设施为贴片机，位于SMT生产线中印刷机的后面固化：其作用是将贴片胶溶化，从而使表面组装元器件与PCB板结实粘接在一起所用设施为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面回流焊接：其作用是将焊膏溶化，使表面组装元器件与PCB板结实粘接在一起所用设施为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面清洗：其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去所用设施为清洗机，位置可以不固定，可以，也可不检测：其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测所用设施有放大镜、显微镜、测试仪(ICT)、飞针测试仪、自动光学检测(AOI)、X-RAY检测系统、功能测试仪等位置依据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方返修：其作用是对检测消逝故障的PCB板进行返工所用工具为烙铁、返修工作站等配置在生产线中任意位置SMT之IMCIMC系Intermetalliccompound之缩写，笔者将之译为＂介面合金共化物＂广义上说是指某些金属相互紧密接触之介面间，会产生一种原子迁移互动的行为，组成一层类似合金的＂化合物＂，并可写出分子式。

在焊接领域的狭义上是指铜锡、金锡、镍锡及银锡之间的共化物其中尤以铜锡间之良性Cu6Sn5(EtaPhase)及恶性Cu3Sn(EpsilonPhase)最为常见，对焊锡性及焊点牢靠度(即焊点强度)两者影响最大，特整理多篇论文之精华以诠释之一、定义能够被锡铅合金焊料(或称焊锡Solder)所焊接的金属，如铜、镍、金、银等，其焊锡与被焊底金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似＂锡合金＂的化合物此物起源于锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及集中等动作，而在冷却固化之后立刻消逝一层薄薄的＂共化物＂，且事后还会慢慢成长增厚此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子相互渗入的多少，而又可分出好几道层次来这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各种共合物，统称IntermetallicCompound简称IMC,本文中仅争辩含锡的IMC，将不深化涉及其他的IMC二、一般性质由于IMC曾是一种可以写出分子式的＂准化合物＂，故其性质与原来的金属已大不相同，对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下：◎ IMC在PCB高温焊接或锡铅重熔(即熔锡板或喷锡)时才会发生，有确定的组成及晶体结构，且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。

始终到消逝全铅的阻绝层(Barrier)才会停止(见图六)◎ IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度(FatigueStrength)危害最烈，且其熔点也较金属要高◎由于焊锡在介面四周得锡原子会慢慢移走，而与被焊金属组成IMC，使得该处的锡量削减，相对的使得铅量之比例增加，以致使焊点展性增大(Ductillity)及固着强度降低，久之甚至带来整个焊锡体的松弛◎ 一旦焊垫商原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已消逝＂较厚＂间距过小的IMC后，对该焊垫以后再续作焊接时会有很大的阻碍；也就是在焊锡性(Solderability)或沾锡性(Wettability)上都将会消逝劣化的情形◎ 焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的麻烦◎IMC会随时老化而慢慢增厚，通常其已长成的厚度，与时间大约形成抛物线的关系，即：5=k«,k=kexp(-Q/RT)5表示t时间后IMC已成长的厚度K表示在某一温度下IMC的生长常数T表示确定温度R表示气体常数，即8.32J/moleQ表示IMC生长的活化能K=IMC对时间的生长常数，以nm/7秒或pm/7日(1pm/7日=3.4nm/7秒。

现将四种常见含锡的IMC在不同温度下，其生长速度比较在下表的数字中：表1各种IMC在不同温度中之生长速度(nm/7s)金属介面20°C100°C135°C150°C170°C1. 锡/金402. 锡/银0.0817-353. 锡/镍0.08154. 锡/铜0.261.43.810［注］在170°C高温中铜面上，各种含锡合金IMC层的生长速率，也有所不同；如热浸锡铅为5nm/s，雾状纯锡镀层为7・7(以下单位相同)，锡铅比30/70的皮膜为11・2,锡铅比70/30的皮膜为12.0，光泽镀纯锡为3.7，其中以最终之光泽镀锡状况较好三、焊锡性与表面能若纯就可被焊接之底金属而言，影响其焊锡性(。