有铅回流焊温度曲线设定与分析

由于在原先的锡铅电路板上需要使用些铅组件于是出现了向后兼容的问题。就向后兼容的问题而言些组件只进行了铅表面处理。对组件供货商来说同时提供锡铅和铅两类同种组件是不划算的。表面进行了铅处理的含铅组件在使用时是没有问题的。但是在块原来的锡铅电路板上使用铅BGA问题就来了。

由于所有其他组件是锡铅组件如果使用大峰值温度为220℃的锡铅焊接温度曲线此时铅BGA焊球是部分地熔化或者完全不能实现再流焊接会出现系列焊点可靠性的问题。那么我们究竟应该使用哪种回流焊温度曲线呢？

这里有两种方案： 第个办法是使用标准的锡铅回流焊温度曲线。除了铅BGA以外所有组件的峰值再熔温度在210℃220℃间。因此铅BGA和其他锡铅组件不要放在起焊。在锡铅组件完成再流焊后使用选择性焊接即采用选择性激光焊接系统来贴放和焊接所有的铅BGA。选择性激光焊接系统只是贴装和焊接铅BGA不会影响四周已经在对流回流焊炉中完成了焊接的锡铅组件。 

第二个办法是如果没有锡铅焊接温度曲线又想在同个焊炉中焊接所有的锡铅组件和些铅BGA那么回流焊峰值温度必须不会损坏锡铅组件但又足以对铅BGA进行回流焊。千别忘了由于电路板上大多数组件是锡铅组件你要使用锡铅焊膏。因此峰

值温度在210℃ 220℃间是适合锡铅组件的但是对于熔点在217℃ 221℃间的铅BGA则温度不足。如果峰值温度为226℃  228℃高于液相线（TAL）的时间为45到60秒这就足以对铅BGA进行回流焊又不会损坏同块电路板上的所有锡铅组件。 

如果226℃228℃的再流焊温度范围太狭窄难以完成向后兼容锡铅组件和铅BGA的焊接可以考虑采用选择性激光焊接或者去找提供锡铅焊球BGA的供货商。开发任何种温度曲线使用正确的热电偶很重要。我们需要K型热电偶它连有根36号AWG导线。如果热电偶导线较粗，会吸收过多热量。对不要使用 温胶带因为它们在回流焊过程中会松掉测量到的是焊炉里空气的温度而不是焊点的温度。在任何情况下都必须使用高温焊料或者导热粘合剂把热电偶贴在焊点上。 

对于BGA要从电路板底部开始在内圈和外圈BGA焊盘上钻孔幷把热电偶推到接近表面的高点测量BGA焊球的温度。内圈和外圈BGA焊球彼此间的温差度必须在2℃内。在不同的组件位置安放四六个热电偶来描述低到高受热容量区域其中少有两个热电偶是用于BGA的。 

有种误解认为个对流式回流焊炉的回流温度曲线适用于所有电路板，因而不需要为每种电路板专门制定再流焊温度曲线。这是不对的。因为每种电路板热容量不同而且每种电路板有不同的组装模式。同块双面电路板根据每面组件的布局和铜箔

面的分布每面可能要求有不同的再流焊温度曲线。还有个误解认为如果要改变再流焊温度曲线可以改变传送带的速度来做到。仅仅改变传送带的速度是容易的但是这不是正确的方法因为它会改变电路板在各个温区时的温度。现在可以买到整套的硬件和软件简化回流焊温度曲线的开发。 

旦得到预期的回流温度曲线就可以对印刷了焊膏、贴上了组件的电路进行生产；在回流焊后检测焊点的质量。只是在电路板某个具体位置中出现的随机性问题可能是与焊接有关；在具体位置中直出现的问题可能是由于加热不均匀与温度曲线有关。始终都会出现的问题也可能与焊膏质量和焊盘图形的设计有关。    

当回流焊温度曲线给出了理想的结果（假定设计和其他材料变量都已经经过优化）就把这个温度曲线确定下来不能再改变了。

1、有铅回流焊预热区温度用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所须的活性温度。在这个区产品的温度以不超过每秒2~5°C速度连续上升温度升得太快会引起某些缺陷而温度上升太慢锡膏会感温过度没有足够的时间使PCB达到活性温度。炉的预热区般占整个加热通道长度的25~33%。若升温速度太快则可能会引起锡膏的流移性及成份恶化造成锡球及桥连等现象。同时会使元器件承受过大的热应力而受损。 

2、有铅回流焊恒温区温度这个区般占加热通道的33~50%有两个功用第是将PCB在相当稳定的温度下感温允许不同质量的元件在温度上同质减少它们的相当温差。第二个功能是，允许助焊剂活性化挥发性的物质从锡膏中挥发。般普遍的活性温度范围是120~150°C如果活性区的温度设定太高助焊剂没有足够的时间活性化温度曲线的斜率是个向上递增的斜率。虽然有的锡膏制造商允许活性化期间些温度的增加但是理想的曲线要求相当平稳的温度这样使得PCB的温度在活性区开始和结束时是相等的。 

3、有铅回流焊接区温度这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低点而峰值温度总是在熔点上。典型的峰值温度范围是205~230°C这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒2~5°C或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损并损害元件的完整性。锡膏中的金属颗粒熔化在液态表面张力作用下形成焊点表面。 

4、有铅回流焊冷却区离开回焊区后基板进入冷却区控制焊点的冷却速度也十分重要焊点强度会随冷却速率增加而增加。

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