电路板回焊之原理与管理（二）回焊曲线的分类

一、电路板回焊曲线的分类

一般而言，曲线可概分为(1)有鞍的RSS型(2)无鞍的L型(RTS型Rampto Spike)(3)长鞍型(LSP型Low Long Spike)现说明于后：

(1)有鞍型：

从室温起步以1—1.5℃／sec的速率，将行走中的板子升温到110—150℃的鞍首部。然后再以缓升或恒温方式，在60一90秒内拉高到1 5 0—1 7 0℃的鞍尾部，本段主要功用是让电路板与元件吸足热量，在内外均温下以便飙升峰温。此Profi1e之峰温约240±5℃，TA L(熔点以上之历时)约50-80秒，冶却速率3—4℃／sec，总共历时3-4分钟。

大发快盈500 图1、此为一般待焊板无铅田焊所常用的有鞍型田焊曲线，各段热量差异较小。

(2)无鞍型：

大发快盈500 全程採直线性升温，其速率控制在0.8-0.9℃／sec之间，一路提升到峰温240±5℃。此L型曲线以直线式或稍呈下凹为宜，不可出现隆起状态，以免板面过热造成厚板之表层起泡。且此升温线的2/3长度处不宜超过150℃，其馀参数同上。

大发快盈500 图2、此为电路板待焊板在6种元件焊垫上设置感测热偶线以及全程所绘制的6条回焊曲线的比较图。

大发快盈500 图3、此为无鞍型（RTS〉一路升温的回焊曲线，可用于较简单或较小的待焊板。

（3)、长鞍型：

大发快盈500 当须焊装多颗BGA时，为了减少球脚中之空洞（Voiding)，及供应腹底内球充份热量之考虑，可将有鞍型之鞍部再予平缓延长，以赶走内球锡膏中的挥发份。其做法是以1.25℃／sec的升温速率起步，到达120℃的初鞍时，即以120-180秒的耗时平缓走到末鞍，然后才往峰温飙升，其他参数也与上述者相同。

图4、当板面装有多颗大型BGA必须内外均热时，应採用此种长鞍型回焊曲线。

二、移动式测滠仪（Profiler)之品质与手法

此种必备的测温仪可牵引出的热偶数目不等〈4条到36条），其品牌与价格之差异也很大（NT.10万到30万）。良好测温仪之纪录器可记下的数据应包括：起步段之升温速率、 PCB板面温差、吸热段之耗时、峰温前之飙升速率、峰温读値、熔融锡膏之液态历时(TAL)，以及最后历程之冷却速率等重要参数。

为了要达成使命起见，测温仪主机盒与内部电池都必须能够耐热，外形要够扁平而不致被炉口所卡住，热偶线本身的感热误差不可超过±1℃ ，测温取样频率不宜超过1次/秒，记忆量也要够大，输出资料还要具有统计管制（SPC）的能力，软体的升级亦应简单容易。

通常较大电路板子的回焊中，其领先进入的前缘，当然比起中间或后缘要提早升温及提早冷却。且四角或板边的吸热与升温，都要比中央来得更快更高，故所贴著的热偶线中至少应包括此二区域在内。而且大零件之本体也会吸热，致使其引脚升温也较小型被动元件来得慢一些。甚至大号BGA腹底之热量更是不易深入， 此时须将腹底之PCB另行钻孔，并自板子正面先焊妥自底面穿出的感温线，再于贴焊BGA时量测其死角处之温度。某些对强热敏感的元件，其附近也应刻意贴著热偶线，作为回焊曲线取决的首要条件。

大发快盈500 图5、图说明电路板前缘呈现领先加热与领先冷却的事实，

可表现在回焊曲线中之红线，板子中央者为黄线，板子后缘者为绿线之对应示意图。

为了避免热敏元件与高层数厚板遭到强热之伤害起见，还须利用测温仪找出组装板上的"最热点"与"最冷点"。其做法是另採印妥锡膏的试焊板，先以高速通过回焊炉（如2m/min〉，之后观察板边小型被动元件（如电容器）的双垫是否已焊妥？未妥者则再次降速（如1.5m/min)试焊，一直要找到第一个熔焊点出现为止，那就是全板的最热点。然后继续降速〈即增加热量）直到大号元件最后之焊点也完成时，那就是全板的最冷点。于是在既定的Spike温度下（如240℃） ，将可试走找出组装板的正确输送速度来。此刻其锡膏之液态历时TAL也可测得。如此一来热敏元件与高层数厚板等体质不强者方得以安全，方不致在回焊强热中遭到烫伤或表面爆板的灾情。

大发快盈500 图6、左为大型待焊板上共设置了6处感测线的俯视画面，右为所设6处感测线经过全程所绘记的6条回焊曲线，

大发快盈500 其曲线间最大落差（8℃）即为回焊关键所在的板面(但全板中最热与最冷两点间以不超过15℃为宜）。

三、鞍部吸热的管理

以SAC305或SAC3807各种品牌之锡膏规格而言，其鞍部吸热耗时之变化约在60-120秒之间，温度则自其前鞍的110-130℃缓升到165-190℃的后鞍高温。凡当为厚大之多层板（尤其高层厚板），所承载的元件也都厚重硕大，甚至所装BGA还不在少数者，则其4-6段之缓升吸热将非常关键。必须要让厚板与厚件的内外全体吸饱热量，其随后飙升峰温的快速强热中，才不致因裡外温差太大而造成厚板或厚件的迸裂。此时之Profile必须选用有鞍部或帽簷型一波三折式之回焊曲线。

图7、左图为无铅慢速冷却的曲线(2.5℃以下)，右图为无铅快速冷却的曲线(2.5℃以上）；

注意两图中之红线为小零件的温度曲线，蓝线为大元件的温度曲线，二者代表全板面最热与最冷之温差尚未超过15℃。

大发快盈500 但若为小板薄板或单双面板，所承载之元件又多属是小型者，在裡外温差不大下，为了争取产量产速起见，则吸热段可採缩短时间快速升温〈1℃/sec以上）的做法，此时鞍部将消失，而呈现沿路升上一波两折有如房顶的L型Profile 。不过此时迴焊炉本身品质的影响将很大，其各段之热传效率必须高效与均匀，且当板子进入以致瞬间失温之际，其迅速精确的补偿能力，必须既快又淮才不致区域性落差过大（局部板面之么丁不宜超过4℃）。

上述有明显鞍部的曲线者，其TAL时间较长（约120秒），而无明显鞍部L型者之TAL时间较短（约60秒）。无铅重要规范，系针对溼敏性封装元件之考试文件；故意让封品先经前期之饱吸湿气，再经后段之回焊考试，以观察封件能否耐得住吸溼与强热的折磨。该020C中Fig5-1 即为观察封件是否会爆裂的考试曲线。此图外部为起伏较平顺耗时甚长的曲线， 系为无铅大件考试的Profile；而居中起伏相当陡翘耗时甚短者即为有铅小件的考试曲线。很多人物误将此专用考试曲线用于量产，不免有张冠之嫌。

图8、此为著名封装规范，系为封装器件在饱吸溼气之后，再进行回焊考试，以观察其封体是否迸裂的考试用曲线。

外部为无铅所用热量较多的曲线，内部乌有铅所用热量较少的另一曲线。

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四、锡膏与曲线的配合

一般锡膏配方中重量比90%者为粉状（小球型）金属焊料，10%者为有机辅料。除去少量配角型金属不谈（如锑、铟、锗等），即使在主成份完全相同（如SAC305 〕，却在锡粒大小与数量搭配比例各异者，其流动性与癒合性也都存在颇大的差异。

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图9、此图说明某品牌10段炉〈8热2冷）之有鞍曲线中，其各段所呈现之温度与锡膏本身耐热范围之互相对应图。

注意最前两段预热太快时，将会引发溅鍚与鍚球的麻烦。

至于有机辅料可挥洒的空间则就更大了，品牌品质的差异也绝大部份出自于此。有机物中含助焊剂、活化剂、黏著剂、抗垂流剂，与溶剂等；搭配金属小球以而得以展现施工所必须的印刷性、够久的黏著性(Jack Time)、抗塌性、黏度值、免洗绝缘品质(S工R或水溶液电阻率等)、散锡性与上锡性等。因而各种商品锡膏都会在其型录中，特别强调在各段加热中可耐热而不变质的温度范围；以及形成焊点后所展现的各种品质特性等。

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大发快盈500 图10、上图为日商Koki，之无铅锡S3X58—M406在回焊曲线各段高温申之耐热范围。

大发快盈500 左图为三种商品锡膏在八种重要品质上的比较(0-5分)，蜘蛛网图之面积愈大者，则表其品级愈好。

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大发快盈500 至于熔融锡膏之液态历时(TAL)长短，也与待焊板表面处理之种类及厚度有关，一般板类常见之TAL以60啊100秒为宜，以减少强热对待焊板与助焊剂的煎熬，但仍须以完成锡膏癒合，以及沾锡或IMC的良好为主旨。TAL太长大久当然会对零件与板体造成伤害’甚至助焊剂也遭到碳化(Charring)。但TAL太短也将明显带来冶焊，吃锡不良或锡膏癒合不足，以致颗粒状外观等缺失。对于强热敏感的待焊板，似可从最短的TAL开始试焊，在不变动各段热风条件下，採较方便的行速微调中找出最合适的焊接条件。