本文介绍，在完成一个PCB装配时，最终的回流焊接或波峰焊接工艺是必须的。通过将该工艺过程直观化，温度曲线可以优化群焊工艺，以成功地得到正确的热量与时间因素。

　　当我第一次了解到群焊(mass soldering)技术时，它就好象是一种巫术。电子元件、空板或者部分装配的印刷电路板(PCB)、助焊剂、胶、锡膏、或熔化的焊锡，每一个都有其自己的物理与化学特性，这么多材料必须正确地相互作用，转化到最终的装配中去。这简直另人惊叹，所有这些实体都必须合并，整个工艺通过一个单一的不可逆转的步骤来完成 - 即最终回流焊接或波峰焊接工艺。没有一种入门书，一个人怎么可以编程群焊设备来满足所有这些要求呢？

　　作温度曲线是一个很好的直观化方法，保持对回流焊接或波峰焊接工艺过程的跟踪。通过绘制当印刷电路装配(PCA)穿过炉子时的时间温度曲线，可以计算在任何给定时间所吸收的热量。只有当所有涉及的零件在正确的时间暴露给正确的热量时，才可以使群焊达到完善。这不是一个容易达到的目标，因为零件经常有不同的热容量，并在不同的时间达到所希望的温度。

　　经常我们看到在一个PCA上不只一种大小的焊点，同一个温度曲线要熔化不同数量的焊锡。需要考虑PCA的定位与方向、热源位置与设备内均匀的空气循环，以给焊接点输送正确的热量。许多人从经验中了解到，大型元件底部与PCA其它位置的温度差别是不容忽视的(图一)。另外，随着焊接设备的老化，效率下降。诸如过滤器阻塞这样的因素可能造成设备内不合需求的温度区间。

图一、PCA顶面与底面的温度曲线例子

　　如果这是真的，那为什么得到正确的热量是如此重要呢？当焊接点不得到足够的热量，助焊剂可能不完全激化，焊接合金可能未完全熔化。在最终产品检查中，可能观察到冷焊点(cold solder)、元件竖立(tomb-stoning)、不湿润(non-wetting)、锡球/飞溅(solder ball/splash)等结果。另一方面，如果吸收太多热量，元件或板可能被损坏。最终结果可能是元件爆裂或PCB翘曲，同时不能经受对长期的产品可靠性的影响。可是，对于波峰焊接，装配已经部分地安装了回流焊接的表面贴装元件。已回流的焊接点可能回到一个液化阶段，降低固态焊点的位置精度。

　　除了热的数量之外，加热时间也是重要的。PCA温度必须以预先决定的速率从室温提高到液化温度，而不能给装配带来严重的温度冲击。这个预热，或升温阶段也将在助焊剂完全被激化之前让其中的溶剂蒸发。重要的是要保证，装配上的所有零件在上升到焊接合金液化温度之前，以最大的预热温度达到温度平衡。这个预热有时叫作“驻留时间”或“保温时间”，对于蒸发锡膏内的挥发性成分和激化助焊剂是重要的。在达到液化温度之后，装配应该有足够的时间停留在该温度之上，以保证装配的所有区域都达到液化温度，适当地形成焊接点。如果在装配中有表面贴装胶要固化，固化时间和温度必须与焊接温度曲线协调。

　　在焊接点形成之后，装配必须从液化温度冷却超过150°C到室温。同样，这必须一预先确定的速度来完成，以避免温度冲击。稳定的降温将给足够的时间让熔化的焊锡固化。这也将避免由于元件与PCB之间的温度膨胀系数(CTE)不同所产生的力对新形成的焊接点损坏。

作温度曲线的方法

　　如果温度曲线是一个非常准确的巫术，那么我们从何入手呢？市场上有许多类型的作温度曲线的设备。如果输出准确，工程师可以使用测量结果作为模拟的输入数据，来研究完美的回流/波峰焊接参数。尽管如此，甚至测量步骤也是一个大的挑战。经常，在设定期间记录的温度数据代表不同的热负载。在设定的时候，使用虚构元件或不同数量的元件可能造成这种差别。

　　热电偶的类型与安装方法带来其它的测量不确定因素。温度曲线仪经常设计和校准使用一种特殊类型的热电偶(如，K型或T型)。使用不正确的热电偶可能导致很大的温度测量误差。热电偶可用各种方法安装到产品或设备，如高温焊锡、Kapton胶带、铝胶带和导电或导温胶。这些方法有其自己的优点和缺点，但是重要的是在开始数据分析之前了解一种特定方法的缺点。

　　另外，热电偶位置是一个重要因素。虽然没有建立什么硬性理论，但是明智的方法是将热电偶 - 最大的引线元件 - 放在一个小型的离散元件上，然后放到任何有大的散热片的元件或位置靠近散热片或接地面的元件上。

　　作温度曲线更加突出重要，因为潜在的无铅焊接工艺要求更紧密的工艺控制，在温度曲线中涉及的不准确性倾向于更加明显。各种研究的努力正在进行，以理解和调整温度曲线，其中包括英国的国家物理实验室¹。他们正在与几个工业伙伴一起工作，研究安装方法的影响、设备温度曲线仪的承载工具和焊接设备中温度曲线的可重复性。IPC的温度曲线工作小组也正在完成一本手册，IPC-7530《群焊(回流与波峰)工艺的温度曲线指南》²，以提供给业界一本“入门书”，解释作温度曲线的具体细节。

References
1. For more information and early results of the study, e-mail Dr. Christopher Hunt, National Physical Laboratory at chris.hunt@npl.co.uk.
2. For more information, e-mail the author at janekoh@ipc.org. 

　　Jane Koh, technical project manager, may be contacted at IPC - Association Connecting Electronics Industries, 2215 Sanders Rd., Northbrook, IL 60062-6135; (847) 790-5349; E-mail: janekoh@ipc.org.  

(A 07/26/2001)