回流焊接工艺的经典PCB温度曲线
 
 
 

    本文介绍对于回流焊接工艺的经典的PCB温度曲线作图方法，分析了两种*常见的回

流焊接温度曲线类型：保温型和帐篷型...。

    经典印刷电路板(PCB)的温度曲线(profile)作图，涉及将PCB 装配上的热电偶连接

到数据记录曲线仪上，并把整个装配从回流焊接炉中通过。作温度曲线有两个主要的目

的：1)为给定的PCB 装配确定正确的工艺设定，2)检验工艺的连续性，以*可重复的

结果。通过观察PCB 在回流焊接炉中经过的实际温度(温度曲线)，可以检验和/或纠正炉

的设定，以**终产品的*佳品质。经典的PCB 温度曲线将**终PCB 装配的*佳

的、持续的质量，实际上降低PCB 的报废率，*PCB的生产率和合格率，并且*整体

的获利能力。

    一、回流工艺

    在回流工艺过程中，在炉子内的加热将装配带到适当的焊接温度，而不损伤产品。

为了检验回流焊接工艺过程，人们使用一个作温度曲线的设备来确定工艺设定。温度曲

线是每个传感器在经过加热过程时的时间与温度的可视数据*。通过观察这条曲线，

你可以视觉上准确地看出多少能量施加在产品上，能量施加哪里。温度曲线允许操作员

作适当的改变，以优化回流工艺过程。

    一个典型的温度曲线包含几个不同的阶段 -初试的升温(ramp)、保温(soak)、向回

流形成峰值温度(spike to reflow)、回流(reflow)和产品的冷却(cooling)。作为一般

原则，所希望的温度坡度是在2~4 °C范围内，以*由于加热或冷却太快对板和/或元

件所造成的损害。

    在产品的加热期间，许多因素可能影响装配的品质。*初的升温是当产品进入炉子

时的一个快速的温度上升。目的是要将锡膏带到开始焊锡激化所希望的保温温度。*理

想的保温温度是刚好在锡膏材料的熔点之下 -对于共晶焊锡为183 °C，保温时间在

30~90 秒之间。保温区有两个用途：1)将板、元件和材料带到一个均匀的温度，接近锡

膏的熔点，允许较容易地转变到回流区，2)激化装配上的助焊剂。在保温温度，激化的

助焊剂开始清除焊盘与引脚的氧化物的过程，留下焊锡可以附着的清洁表面。向回流形

成峰值温度是另一个转变，在此期间，装配的温度上升到焊锡熔点*，锡膏变成液态

。

    一旦锡膏在熔点*，装配进入回流区，通常叫做液态以上时间(TAL time above

liquidous)。回流区时炉子内的关键阶段，因为装配上的温度梯度*须*小，TAL *须

保持在锡膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在这个阶段*的 -装配达

到炉内的*高温度。

    *须小心的是，不要*过板上任何温度敏感元件的*高温度和加热速率。例如，一

个典型的钽电容具有的*高温度为230 °C 。理想地，装配上*的点应该同时、同速

率*相同的峰值温度，以***件在炉内经历相同的环境。在回流区之后，产品

冷却，固化焊点，将装配为后面的工序准备。控制冷却速度也是关键的，冷却太快可能

损坏装配，冷却太慢将增加TAL，可能造成脆弱的焊点。

    在回流焊接工艺中使用两种常见类型的温度曲线，它们通常叫做保温型(soak)和帐

篷型(tent)温度曲线。在保温型曲线中(图一)，如前面所讲到的，装配在一段时间内经

历相同的温度。帐篷型温度曲线(图二)是一个连续的温度上升，从装配进入炉子开始，

直到装配*所希望的峰值温度。

    所希望的温度曲线将基于装配制造中使用的锡膏类型而不同。取决于锡膏化学组成

，制造商将建议*佳的温度曲线，以**高的性能。温度曲线的信息可以通过联系锡

膏制造商得到。*常见的配方类型包括水溶性(OA)、松香适度激化型(RMA rosin mildly

activated)和免洗型(no-clean)锡膏。

    二、温度曲线的机制

    经典的PCB 温度曲线系统元件

    一个经典的PCB 温度曲线系统由以下元件组成：

    · 数据收集曲线仪，它从炉子中间经过，从PCB 收集温度信息。

    · 热电偶，它附着在PCB 上的关键元件，然后连接到随行的曲线仪上。

    · 隔热保护，它保护曲线仪被炉子加热。

    · 软件程序，它允许收集到的数据以一个格式观看，*确定焊接结果和/或在失

控恶劣影响*终PCB产品之前找到失控的趋势。

    三、热电偶(Thermalcouples)

    在电子工业中*常使用的是K 型热电偶。有各种技*将热电偶附着于PCB 的元件上

。使用的方法决定于正在处理的PCB 类型，以及使用者的偏爱。

    四、热电偶附着

    高温焊锡，它提供很强的连接到PCB 。这个方法通常用于可以为作曲线和检验工艺

而*一块专门的参考板的运作。应该注意的是**小的锡量，以避免影响曲线。

    胶剂，可用来将热电偶固定在PCB 上。胶剂的使用通常得到热电偶对装配的刚性物

理连接。缺点包括胶剂可能在加热过程中失效的可能性、作完曲线后取下时在装配上留

下残留物。还有，应该注意使用*小的胶量，因为增加热质量可能影响温度曲线的结果

。

    开普顿(Kapton)或铝胶带，它*容易使用，但是*不*的固定方法。使用胶带作

温度曲线经常显示很参差不齐的曲线，因为热电偶连接点在加热期间从接触表面提起。

容易使用和不留下影响装配的残留物，使得开普顿或铝胶带成为一个受欢迎的方法。

    压力型热电偶，夹持在线路板的边缘，使用弹力将热电偶连接点牢固地接触固定到

正在作温度曲线的装配上。压力探头快速、容易地使用，对PCB 没有破坏性。

    五、热电偶的放置

    因为一个装配的外边缘和角上比中心加热更快，较大热质量的元件比较小热质量的

元件加热满，所以至少推荐使用四个热电偶的放置位置。一个热电偶放在装配的边缘或

角上，一个在小元件上，另一个在板的中心，第四个在较大质量的元件上。另外还可以

增加热电偶在板上其它感兴趣的*件上，或者温度冲击或温度损伤*危险的元件上。

    六、读出与评估温度曲线数据

    锡膏制造商一般对其锡膏配方专门有推荐的温度曲线。应该使用制造商的推荐来确

定一个特定工艺的*佳曲线，与实际的装配结果进行比较。然后可能采取步骤来改变机

器设定，以**装配的*佳结果(图三)。

    对于PCB 装配制造商，现在有新的工具，它使得为锡膏和回流炉的特定结合设计目

标曲线来得容易。一旦设计好以后，这个目标曲线可以由机器操作员机遇这个专门的PCB

装配简单地调用，自动地在回流焊接炉上运行。

    七、何时作温度曲线

    当开始一个新的装配时，作温度曲线是*有用的。*须决定炉的设定，为*

的结果优化工艺。作为一个诊断工具，曲线仪在帮助确定合格率差和/或返工高的过程中

是无价的。

    作温度曲线可以发现不适当的炉子设定，或者*对于装配这些设定是适当的。许

多公司或工厂在标准参考板上作温度曲线，或者每天使用机器的品质管理曲线仪。一些

工厂在每个班次的开始作温度曲线，以检验炉子的运行，在问题发生前避免潜在的问题

。这些温度曲线可以作为一个硬拷贝或通过电子格式存储起来，并且可用作ISO 计划的

一部分，或者用来进行对整个时间上机器性能的统计过程控制(SPC statistical

process control)的操作。

    用于作温度曲线的装配应该小心处理。该装配可能由于处理不当或者重复暴露在回

流温度之下而降级。作曲线的板可能*间过去而脱层，热电偶的附着可能松动，这一

点应该预计到，并且在每运行产生损害之前应该检查作曲线的设备。关键是要*

测量设备能够得到*的结果。

    八、经典PCB 温度曲线与机器的品质管理曲线

    虽然温度曲线的*普遍类型涉及使用一个运行的曲线仪和热电偶，来监测PCB 元件

的温度，作温度曲线也用来*回流焊接炉以*佳的设定连续地工作运行。现有各种内

置的机器温度曲线仪，提供对关键回流炉参数的日常检测，包括空气温度、热流与传送

带速度。这些仪器也提供机会，在失控因素影响*终PCB装配质量之前，*找到任何失

控趋势。

    九、总结

    做温度曲线是PCB 装配中的一个关键元素，它用来决定过程机器的设定和确认工艺

的连续性。没有可测量的结果，对回流工艺的控制是有限的。咨询一下锡膏供应商，查

看一下元件规格，为一个特定的工艺确定*佳的曲线参数。通过实施经典PCB 温度曲线

和机器的品质管理温度曲线的一个正常的制度，PCB 的报废率将会降低，而质量与产量

都会*。结果，总的运作成本将减低。

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铝基板
是一种*的金属基覆铜板铝基板，它具有良好的导热性、电气*缘性能和机械加工性

能。
　　一、铝基板的特点
　　●采用表面贴装技*（SMT）；
　　●在电路设计方案中对热扩散进行*为*的处理；
　　●降低产品运行温度，*产品功率密度和*性，延长产品使用寿命；
　　●缩小产品体积，降低硬件及装配成本；
　　●取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力。
　　二、铝基板的结构
　　铝基覆铜板是一种金属线路板材料、由铜箔、导热*缘层及金属基板组成，它的结

构分三层：
　　Cireuitl.Layer线路层：相当于普通PCB的覆铜板，线路铜箔厚度loz至10oz。
　　DielcctricLayer*缘层：*缘层是一层低热阻导热*缘材料。厚度为：0.003”至

0.006”英寸是铝基覆铜板的*计*所在，已获得UL。
　　BaseLayer基层：是金属基板，一般是铝或可所选择铜。铝基覆铜板和传统的环氧玻

璃布层压板等
　　电路层（即铜箔）通常经过蚀刻形成印刷电路，使组件的各个部件相互连接，一般

情况下，电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般35μm~280

μm；导热*缘层是铝基板*技*之所在，它一般是由特种陶瓷填充的*的聚合物构

成，热阻小，粘弹性能优良，具有*热老化的能力，能够承受机械及热应力。该公司生

产的*铝基板的导热*缘层正是使用了此种技*，使其具有*为优良的导热性能和

*度的电气*缘性能；金属基层是铝基板的支撑构件，要求具有高导热性，一般是铝

板，也可使用铜板（其中铜板能够提供更好的导热性），适合于钻孔、冲剪及切割等常

规机械加工。
　　PCB材料相比有着其它材料*的优点。适合功率组件表面贴装SMT公艺。
　　无需散热器，体积大大缩小、散热效果*好，良好的*缘性能和机械性能。
　　三、铝基板用途：
　　用途：功率混合IC（HIC）。
    1.灯具灯饰：随着*灯的提倡推广，各种*绚丽的LED灯大受市场欢迎，而应用

于LED灯的铝基板也开始大规模应用。LED照明灯,隧道灯,日光灯,洗墙灯,路灯,吸顶灯,

舞台灯,草坪灯,投光灯,水底灯等... 
　　2.音频设备：输入、输出放大器、平衡放大器、音频放大器、前置放大器、功率放

大器等。
　　3.电源设备：开关调节器`DC/AC转换器`SW调整器等。
　　4.通讯电子设备：高频增幅器`滤波电器`发报电路。
　　5.办公自动化设备：电动机驱动器等。
　　6.汽车：电子调节器`点火器`电源控制器等。
　　7.计算机：CPU板`软盘驱动器`电源装置等。
　　8.功率模块：换流器`固体继电器`整流电桥等。

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