贾忠中—中兴通讯股份有限公司

    回流焊接温度曲线的设计是SMT工艺工程师最重要的工作之一，但据笔者了解，许多制造商的温度曲线都是根据焊膏供应商提供的参数设计的，这也是目前业界较为普遍的做法。这一做法的好处在于可以充分利用焊膏供应商的经验，不足之处是对不同印制电路板组件（PCBA）之间热特性的差异考虑不充分，而这恰恰是影响焊接质量最主要的因素之一。在本文中，笔者将结合一些案例对温度曲线的设计做一些定性分析，供读者参考。

    回流焊的加热过程

    在SMT的发展过程中，回流焊设备先后经过了气相回流焊、热板回流焊、红外回流焊和热风回流焊等几个发展阶段。气相回流焊、热板回流焊基本没有被广泛使用，红外回流焊也仅仅使用了几年的时间，二十世纪八十年代后期基本就以热风回流焊为主了。

    红外回流焊主要依靠红外线进行加热，由于红外线的颜色效应，使得PCBA上不同部位存在较大的温度差。为了减少焊接过程中PCBA的温度不均匀性，多使用 “Ramp-Soak-Spike”型的温度曲线，如图1所示，现在多把它称为传统型温度曲线。而随着全热风回流焊设备的使用，由于加热效率的提升和温度差的减小，逐渐改为“Ramp-Spike”型的温度曲线，如图2所示，这种形状的温度曲线也被称为“帐篷”型温度曲线。

    全热风回流焊设备，尽管品牌很多，结构各异，但热风的循环方式基本一样，都是从风口板吹出，再从炉子前后回去，如图3所示。

    PCBA的受热过程一般为先表面后内部。具体来讲，就是回流焊设备将热空气吹到PCBA的表面，使其表面被加热，再通过传导的方式把热量传递到PCBA内部，如图4所示。显而易见，由于PCBA元器件布局的不均以及元器件封装大小的不同，在加热的起始过程，PCB和元器件各部位的温度存在着差异，而这一差异会引起PCB和元器件封装体的热变形以及各焊点上焊膏开始熔化时间的不一致。热变形会导致热应力的产生，焊膏熔化时间的不同会导致焊接时间的变长；这两点是PCBA回流焊接与单焊点焊接（如可焊性测试）、波峰焊接的最大不同，也是回流焊接必须根据PCBA热特性设置温度曲线的原因所在。

    温度曲线的热过程分析

    回流焊接中，焊膏的热过程与元器件的热变形过程是比较复杂的，特别是焊膏的热过程，至今也有些问题还没有完全搞清楚。但根据一般的经验，我们可以把它分为5个阶段：即预热升温→预热保温→焊接升温→焊接→冷却，如图5所示。

    下面我们对各个阶段进行一下具体分析：

    预热（升温和保温）阶段：传统式的温度曲线有明显的两个阶段（升温、均温），而“帐篷”型的温度曲线基本是一个缓慢的升温过程。不论是哪种曲线，预热过程主要解决三个问题：使大部分溶剂挥发，助焊剂活化和去除被焊接面的氧化物，使PCBA在焊接升温前达到热平衡。这个阶段温度曲线的设计，主要考虑的是PCBA的热平衡问题和焊膏的飞溅问题。