实验室工程师知识点分享：热电偶焊接的一般要求及温度曲线测试方法，建议技术人员必看！

　摘要：介绍了再流焊机的一般技术要求，并给出了典型焊接温度曲线以及温度曲线上主要控制点的工艺参数。

　关键词：温度曲线；预热区；焊接区；冷却区；预热温度；焊接峰值温度

　　再流焊接是表面组装技术的关键核心技术，焊接工艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响Zui终产品的质量和可靠性。

　　在电子行业中，大量的表面组装组件(SMA)通过再流焊机进行焊接，依据采用的加热热源，再流焊机可分为：
　　a)红外再流焊机；
　　b)热风再流焊机；
　　c)红外热风再流焊机；
　　d)汽相再流焊机；
　　e)热板再流焊机；
　　f)激光再流焊机。

　　本文对表面组装组件采用热风、红外或红外热风并用的再流焊接给出了一些基本技术要求及焊接中温度曲线的测试方法，适用于刚性单面、双面印制板组件的再流焊接。

　　再流焊接中对于焊接温度曲线，是指SMA上测试点处温度随时间变化的曲线。按照焊接过程各区段的作用，一般将其分为预热区、预再流区、再流区和冷却区等四段。如下图1所示。

 
图1　再流焊接温度曲线

　　在预热区，根据所用焊膏特性以及SMA上所使用元器件的不同，预热阶段加热过程可采用逐步升温方式和升温—保温方式之一。对于63Sn/37Pb和Sn62/Pb36/Ag焊膏，采用逐步升温方式，预热结束时温度为140～160℃；采用升温—保温方式，升温段结束时，温度为110～130℃，保温段结束时为140～160℃。预热时间视印制板组件上热容量Zui大的SMD、PCB面积、厚度以及所用焊膏性能而定，一般为160～180s。预热区升温速率应≤3℃/s。

　　在焊接区，其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，一般推荐为焊膏的熔点温度加20～40℃。对于熔点为183℃的63Sn/37Pb焊膏和熔点为179℃的Sn62/Pb36/Ag2焊膏，峰值温度一般为210～230℃，再流时间即焊接时间一般为15～60s，Zui长不要超过90s，时间过长，元器件焊端有可能发生银耗现象，会降低焊缝强度并可能热损伤元器件和PCB，再流时间的控制应确保SMA处于225℃以上的时间应小于10s，215℃以上的时间应小于20s；时间过短，具有较大热容量的器件焊缝会形成虚焊。

　　冷却区降温速率为3～10℃/s，冷却至75℃即可。具体的温度曲线一般随所用测试方法、测试点的位置以及SMA的加载情况的不同而有所不同。再流焊机温度曲线的测试，一般采用能随SMA组件一同进入炉膛内的温度采集器进行测试，测量采用K型热电偶，偶丝直径0.1～0.3mm为宜，测试后将温度采集器数据输入计算机或专用温度曲线数据处理机并显示或打印出SMA组件随传送带运行形成的温度曲线。测试步骤如下：

　　a)选取能代表SMA组件上温度变化的测试点，一般至少应选取三点，这三点应反映出表面组装组件上温度Zui高、Zui低、中间部位上的温度变化。再流焊机所用传送方式的不同有时会影响温度Zui高、Zui低部位的分布情况，这点应根据具体炉子情况具体考虑。对于网带式传送的再流焊机表面组装件上Zui高温度部位一般在SMA与传送方向相垂直的无元件的边缘中心处，Zui低温度部位一般在SMA靠近中心部位的大型元器件处(如PLCC)，如图2所示。

 
图2　测点的选取

　　b)用高温焊料、贴片胶或高温胶带纸将温度采集器上的热电偶测量头分别固定到SMA组件上已选定的测试点部位，再用高温胶带把热电偶丝固定，以免因热电偶丝的移动影响测量数据，如图3所示。采用焊接办法固定热电偶测试点，注意各测试点焊料量尽量小和均匀。

 
图3　热电偶的固定

　　c)将被测的SMA组件连同温度采集器一同置于再流焊机入口处的传送链/网带上，随着传送链/网带的运行，将完成一个测试过程。注意温度采集器距待测的SMA组件距离应大于100mm。
　　d)将温度采集器记录的温度曲线显示或打印出来。由于测试点热容量的不同，通过三个测试点所测的温度曲线形状会略有不同，炉温设定是否合理，可根据三条曲线预热结束时的温度差、焊接峰值温度以及再流时间来考虑。

　　炉温的设置步骤可按以下几步进行：
　　a)按照生产量设定传送带速，注意带速不能超过再流焊工艺允许的Zui大速度(这里指应满足预热升温速率≤3℃/s，焊接峰值温度和再流时间应满足焊接要求)。
　　b)初次设定炉温。
　　c)在确保炉内温度稳定后，进行首次温度曲线测试。
　　d)分析所测得的温度曲线与所设计的温度曲线的差别，进行下一次炉温调整。
　　e)在确保炉内温度以及测试用SMA冷却到室温后，进行下一次温度曲线的测试。
　　f)重复d～e过程，直到所测温度曲线与设计的理想温度曲线一致为止。

　　对于再流焊机的温度不均匀性，它是指再流焊机炉膛内任一与PCB传送方向相垂直的截面上工作部位处温度的不均匀性，是表征再流焊机性能的一个指标。一般用再流焊机可焊Zui大宽度的裸PCB进行测试，以三测试点焊接峰值温度的Zui大差值来表示，测试点按图4所示要求布置并固定。

 
图4　热电偶测点布局

　　焊接质量的优劣，涉及众多因素，比如元器件和PCB板的软钎焊性、焊膏及其印刷的质量、贴片的质量、焊接工艺因素的控制等等，是一个复杂的系统工程问题，单从焊接本身控制是远远不够的。

　　为满足电子行业应用SMT进行生产的急需，特别是一大批中小型企业工程技术人员，能较迅速地掌握红外/热风再流焊接的技术要求，促进电子产品的升级换代，提高产品的质量和可靠性。使国内从事电子组装的科研、企业及管理单位，在自制、引进技术与设备及进行SMT生产过程中有统一的规范可循。1997年，根据原电子部电子科文(1997)208号文的要求，我们负责起草制定了《红外/热风再流焊接技术要求》标准。在标准中对于再流焊接的技术要求进行了详细规范的描述，可指导电子行业中的生产且并不束缚生产中具体工艺的优化。