回流焊溫度曲線(Reflow temperature profile)到底應(yīng)該選擇設(shè)定成RSS型(馬鞍式)好？還是設(shè)定成RTS型(斜升式)好呢？深圳宏力捷發(fā)現(xiàn)有許多的PCBA工程師都一直被這個(gè)問題給困擾著，因?yàn)橛欣习逡笞逺TS，可是自己心理又怕怕的。

 

其實(shí)想解答這個(gè)問題也沒什么困難的，但你必須先了解何謂「RSS型」與「RTS型」溫度曲線，只有深入了解其曲線設(shè)置的目的與限制之后，你才能選擇一個(gè)符合自己產(chǎn)品的回焊溫度曲線。

 

本文深圳宏力捷將試著整理「RSS型」與「RTS型」這兩種回流焊溫度曲線的特性與其目前所碰到的問題，提供一個(gè)可以選擇的方向。深圳宏力捷也不敢說以下內(nèi)容都是最正確的，只是提出個(gè)人的觀點(diǎn)給大家參考，服用前請(qǐng)三思。

 

RSS：Ramp-Soak-Spike 升溫-吸熱-回焊

回焊曲線中的「Soak zone」有人將其翻譯為「恒溫區(qū)」，也有人翻譯為「浸潤(rùn)區(qū)」，但白老師建議要翻成「吸熱區(qū)」或「活性區(qū)」。顧名思義，其溫度曲線就是會(huì)有一段平坦的恒溫區(qū)域，因?yàn)槠錅囟惹€繪制完成后狀似「馬鞍」（平坦的地方可以坐人），因此「RSS型」回焊溫度曲線又被稱為「馬鞍型」。

 

這段回焊前的恒溫區(qū)設(shè)置最主要目的，是為了讓PCB表面所有連接大面積接地銅箔與小面積銅箔未接地的焊墊/焊盤，并且讓不同大小、不同質(zhì)地的零組件與焊腳之溫度能夠在進(jìn)入回焊區(qū)前達(dá)到相同的溫度，并且可以在回焊時(shí)取得最佳的焊錫效果，這也是為何白老師建議將此區(qū)稱之為「吸熱區(qū)」的原因，讓所有欲進(jìn)入回焊的物體吸飽熱量達(dá)到一致的溫度。就像是行軍打仗前，總要等待一段時(shí)間，將零零散散的士兵全部集結(jié)在一起，然后一鼓作氣往前沖鋒的道理有點(diǎn)類似，否則大家零零散散的就容易被各個(gè)擊破。

 

回流焊時(shí)溫度如果參差不齊（「溫度差△T」過大），就容易出現(xiàn)焊錫的缺點(diǎn)：

?　SMD零組件如果在進(jìn)入回焊區(qū)時(shí)發(fā)生溫度不一致，就容易出現(xiàn)有零件焊接不到位（溫度不足）或是有零件被燙傷融化（溫度太高或高溫過久）等情形。

?　如果是同一顆零件的PCB焊墊/焊盤無法在進(jìn)入回焊區(qū)前達(dá)到相同溫度，則容易出現(xiàn)墓碑效應(yīng)(tombstone)，BGA則容易出現(xiàn)HoP/HiP或NWO缺點(diǎn)。

?　如果零件焊腳與其對(duì)應(yīng)的焊墊/焊盤無法在進(jìn)入回焊區(qū)前達(dá)到相同溫度，則容易出現(xiàn)焊錫全部爬到焊腳（虹吸現(xiàn)象）或是焊腳不沾錫的缺點(diǎn)。

 

以目前的SAC305無鉛錫膏的回焊制程來說，這段恒溫區(qū)的溫度通常被維持在150±10°C的區(qū)間，這段溫度基本上要保持在錫膏融化的前夕﹐一方面等待大部隊(duì)的集結(jié)（讓溫度趨于一致），另一方面則會(huì)讓錫膏中的助焊劑開始發(fā)揮清除氧化物的作用。

 

不過要注意的是，在這個(gè)恒溫區(qū)的溫度，焊膏的助焊劑中原本添加的溶劑也會(huì)因?yàn)闇囟壬叩年P(guān)系而開始加速揮發(fā)﹐活化劑雖然也會(huì)啟動(dòng)并開始去除焊接物表面的氧化物，不過去除氧化物的最佳時(shí)機(jī)應(yīng)該還是在錫膏剛開始熔融之時(shí)，因?yàn)槿诨腻a膏可以藉由液態(tài)錫將氧化物推擠清除到整個(gè)焊錫的邊緣或外面，這樣才不會(huì)在焊錫形成時(shí)有氧化物殘留而造成焊錫缺點(diǎn)。

 

所以依據(jù)錫膏助焊劑的特性，理論上這段恒溫區(qū)的溫度不宜太高也不能太久，否則助焊劑將會(huì)快速乾涸，反而不利助焊劑在焊錫熔融時(shí)助焊的表現(xiàn)，因?yàn)檫M(jìn)入回焊區(qū)時(shí)助焊劑殘留的多寡將直接關(guān)系到焊錫性的好壞～這是很多PCBA工程師都忽略掉的重點(diǎn)。

 

基于這個(gè)原因，應(yīng)該所有的錫膏廠家都會(huì)告訴你，恒溫區(qū)的溫度不宜設(shè)定過高，更不宜過久，過了恒溫區(qū)后的升溫斜率則不宜過低，不建議低于1°C/Sec，目的就是為了保留最多的助焊劑進(jìn)入回焊區(qū)，如果助焊劑在進(jìn)入回焊前大量降低，發(fā)生空焊(non-wetting)、冷焊(De-wetting)及HoP/HiP或NWO等缺點(diǎn)將會(huì)大大地增加，但二次升溫斜率如果速度太快則又會(huì)發(fā)生「錫飛濺」的問題，想像鍋?zhàn)蛹弭~時(shí)爐火開得過大，把魚放進(jìn)油鍋的情形，適當(dāng)?shù)慕档投紊郎匦甭蕦⒂兄稿a飛濺」的降低。所以斜率的設(shè)置根本就是一道窄門嘛。

 

再來，預(yù)熱區(qū)的一次升溫斜率也不宜太快，原則上不建議超過3°C/Sec，這是因?yàn)殄a膏的助焊劑內(nèi)有松香，其軟化點(diǎn)大概落在90°C～110°C之間，預(yù)熱升溫如果太快，溫度急速到達(dá)松香的軟化點(diǎn)，但是溶劑卻沒來得及揮發(fā)，就會(huì)讓錫膏的黏度變小，最終發(fā)生錫膏坍塌的情形，輕微者錫珠(solder bead)變多，嚴(yán)重者發(fā)生短路(solder short)。

 

RTS：Ramp-To-Spike 升溫直接到回焊，省去了恒溫區(qū)

RTS型回焊曲線又稱為「山型」或「斜升式」。

前面的篇幅說了那么多RSS的恒溫區(qū)讓助焊劑無法達(dá)到最佳的焊錫效果。所以，這個(gè)RTS型回焊曲線的最主要目的就是以符合助焊劑的特性為前提所設(shè)計(jì)出來的回溫曲線，既然RSS的恒溫區(qū)會(huì)讓助焊劑加速揮發(fā)與乾涸，那就不要這個(gè)恒溫區(qū)好了，或是把這個(gè)恒溫區(qū)改成緩步升溫區(qū)，這樣不僅可以大大降低助焊劑揮發(fā)的比率，提高回焊時(shí)助焊劑殘留率，更可以提高回焊的焊錫性（這段如果看不懂，請(qǐng)回文章上頭再重新瀏覽一次RSS型回焊曲線的特性），而且，還可以縮短整個(gè)回焊過爐的時(shí)間，等于達(dá)到節(jié)省能源的效果，何樂而不為呢？

 

不過取消了「恒溫區(qū)」就意味著「溫度差△T」可能增加，所以只要控制好板子上所有的焊墊/焊盤以及所有零件的焊腳在進(jìn)入回焊溫度前不要有過高的△T應(yīng)該就可以使用這個(gè)RTS型回焊曲線了。

 

哪些PCBA板子適合走RTS回焊曲線呢？

隨著科技的發(fā)達(dá)，現(xiàn)在有越來越多的回焊爐已經(jīng)具備高效熱能補(bǔ)償?shù)哪芰Γ绕涫悄切?0溫區(qū)以上的回焊爐，已不會(huì)再因?yàn)榛睾笭t中板子的密度多寡而有溫度高高低低漂移的問題，這點(diǎn)對(duì)于回焊爐采用RTS有非常大的幫助，因?yàn)楫?dāng)初設(shè)計(jì)RSS時(shí)有一個(gè)很重要限制，就是回焊爐的熱效率跟不上。所以，擁有一個(gè)高效率熱補(bǔ)償?shù)幕睾笭t是采用RTS的重要條件。

再來，如果你PCBA上的零件非常簡(jiǎn)單，沒有太多復(fù)雜的零件，如BGA或大顆特別容易或不易吸熱的零件，也就是說零件間的溫度可以輕易達(dá)到均勻一致，就建議使用「RTS斜升式回焊曲線」。

 

但是，如果你的板子太大或?qū)訑?shù)太多，即使零件簡(jiǎn)單，建議還是透過測(cè)溫板先量測(cè)好各重點(diǎn)位置的溫度是否可以在進(jìn)入回焊區(qū)前達(dá)到一致后才決定是否采用，測(cè)溫板量測(cè)時(shí)，建議一定要包含有連接大面積接地銅箔的焊點(diǎn)。確認(rèn)可行后，先小量試跑(trial run)以確保焊錫缺點(diǎn)都在可管控范圍內(nèi)，然后才大量生產(chǎn)，觀察幾批沒問題后才能真的放心讓產(chǎn)線變更回焊曲線為RTS。

 

經(jīng)常碰到有些PCBA工程師不明究理就直接把profile調(diào)成RTS型，因?yàn)槔习逑矚g，試跑時(shí)沒發(fā)現(xiàn)什么大問題，但大量產(chǎn)后卻頻頻出問題，究其原因，大多是試跑時(shí)回焊爐內(nèi)的板距較松散，但大量產(chǎn)后板距縮短了，再加上回焊爐的能量供給不足，所以造成不沾錫的現(xiàn)象，尤其是那些連著大面積接地銅箔的焊墊/焊盤更是嚴(yán)重。

 

現(xiàn)在你應(yīng)該心里有底，知道你的回流焊溫度曲線應(yīng)該設(shè)定成RSS型？或設(shè)定成RTS型了吧～