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PCBA大讲堂:回流焊的炉温曲线应该使用的是RSS?还是RTS型?

PCBA大讲堂:回流焊的炉温曲线应该使用的是RSS?还是RTS型?

分类:
SMT技术文献
2013/10/18 10:45
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回流焊温度曲线(Reflow temperature profile)到底应该选择设定成RSS型(马鞍式)好?还是设定成RTS型(斜升式)好呢?TESDATA发现有许多的PCBA工程师都一直被这个问题给困扰着,因为有老板要求走RTS,可是自己心理又怕怕的。   其实想解答这个问题也没什么困难的,但你必须先了解何谓「RSS型」与「RTS型」温度曲线,只有深入了解其曲线设置的目的与限制之后,你才能选择一个符合自己产品的回焊温度曲线。   本文TESDATA试着整理「RSS型」与「RTS型」这两种回流焊温度曲线的特性与其目前所碰到的问题,提供一个可以选择的方向。TESDATA也不敢说以下内容都是最正确的,只是提出个人的观点给大家参考,采用前请三思。   RSS:Ramp-Soak-Spike 升温-吸热-回焊 回焊曲线中的「Soak zone」有人将其翻译为「恒温区」,也有人翻译为「浸润区」,但白老师建议要翻成「吸热区」或「活性区」。顾名思义,其温度曲线就是会有一段平坦的恒温区域,因为其温度曲线绘制完成后状似「马鞍」(平坦的地方可以坐人),因此「RSS型」回焊温度曲线又被称为「马鞍型」。   RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 这段回焊前的恒温区设置最主要目的,是为了让PCB表面所有连接大面积接地铜箔与小面积铜箔未接地的焊垫/焊盘,并且让不同大小、不同质地的零组件与焊脚之温度能够在进入回焊区前达到相同的温度,并且可以在回焊时取得最佳的焊锡效果,这也是为何白老师建议将此区称之为「吸热区」的原因,让所有欲进入回焊的物体吸饱热量达到一致的温度。就像是行军打仗前,总要等待一段时间,将零零散散的士兵全部集结在一起,然后一鼓作气往前冲锋的道理有点类似,否则大家零零散散的就容易被各个击破。   回流焊时温度如果参差不齐(「温度差△T」过大),就容易出现焊锡的缺点: ▪ SMD零组件如果在进入回焊区时发生温度不一致,就容易出现有零件焊接不到位(温度不足)或是有零件被烫伤融化(温度太高或高温过久)等情形。 ▪ 如果是同一颗零件的PCB焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现墓碑效应(tombstone),BGA则容易出现HoP/HiP或NWO缺点。 ▪ 如果零件焊脚与其对应的焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现焊锡全部爬到焊脚(虹吸现象)或是焊脚不沾锡的缺点。   以目前的SAC305无铅锡膏的回焊制程来说,这段恒温区的温度通常被维持在150±10°C的区间,这段温度基本上要保持在锡膏融化的前夕﹐一方面等待大部队的集结(让温度趋于一致),另一方面则会让锡膏中的助焊剂开始发挥清除氧化物的作用。   不过要注意的是,在这个恒温区的温度,焊膏的助焊剂中原本添加的溶剂也会因为温度升高的关系而开始加速挥发﹐活化剂虽然也会启动并开始去除焊接物表面的氧化物,不过去除氧化物的最佳时机应该还是在锡膏刚开始熔融之时,因为融化的锡膏可以藉由液态锡将氧化物推挤清除到整个焊锡的边缘或外面,这样才不会在焊锡形成时有氧化物残留而造成焊锡缺点。   所以依据锡膏助焊剂的特性,理论上这段恒温区的温度不宜太高也不能太久,否则助焊剂将会快速乾涸,反而不利助焊剂在焊锡熔融时助焊的表现,因为进入回焊区时助焊剂残留的多寡将直接关系到焊锡性的好坏~这是很多PCBA工程师都忽略掉的重点。   基于这个原因,应该所有的锡膏厂家都会告诉你,恒温区的温度不宜设定过高,更不宜过久,过了恒温区后的升温斜率则不宜过低,不建议低于1°C/Sec,目的就是为了保留最多的助焊剂进入回焊区,如果助焊剂在进入回焊前大量降低,发生空焊(non-wetting)、冷焊(De-wetting)及HoP/HiP或NWO等缺点将会大大地增加,但二次升温斜率如果速度太快则又会发生「锡飞溅」的问题,想像锅子煎鱼时炉火开得过大,把鱼放进油锅的情形,适当的降低二次升温斜率将有助「锡飞溅」的降低。所以斜率的设置根本就是一道窄门嘛。   再来,预热区的一次升温斜率也不宜太快,原则上不建议超过3°C/Sec,这是因为锡膏的助焊剂内有松香,其软化点大概落在90°C~110°C之间,预热升温如果太快,温度急速到达松香的软化点,但是溶剂却没来得及挥发,就会让锡膏的黏度变小,最终发生锡膏坍塌的情形,轻微者锡珠(solder bead)变多,严重者发生短路(solder short)。   RTS:Ramp-To-Spike 升温直接到回焊,省去了恒温区 RTS型回焊曲线又称为「山型」或「斜升式」。 RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 前面的篇幅说了那么多RSS的恒温区让助焊剂无法达到最佳的焊锡效果。所以,这个RTS型回焊曲线的最主要目的就是以符合助焊剂的特性为前提所设计出来的回温曲线,既然RSS的恒温区会让助焊剂加速挥发与乾涸,那就不要这个恒温区好了,或是把这个恒温区改成缓步升温区,这样不仅可以大大降低助焊剂挥发的比率,提高回焊时助焊剂残留率,更可以提高回焊的焊锡性(这段如果看不懂,请回文章上头再重新浏览一次RSS型回焊曲线的特性),而且,还可以缩短整个回焊过炉的时间,等于达到节省能源的效果,何乐而不为呢?   不过取消了「恒温区」就意味着「温度差△T」可能增加,所以只要控制好板子上所有的焊垫/焊盘以及所有零件的焊脚在进入回焊温度前不要有过高的△T应该就可以使用这个RTS型回焊曲线了。   哪些PCBA板子适合走RTS回焊曲线呢? 随着科技的发达,现在有越来越多的回焊炉已经具备高效热能补偿的能力,尤其是那些10温区以上的回焊炉,已不会再因为回焊炉中板子的密度多寡而有温度高高低低漂移的问题,这点对于回焊炉采用RTS有非常大的帮助,因为当初设计RSS时有一个很重要限制,就是回焊炉的热效率跟不上。所以,拥有一个高效率热补偿的回焊炉是采用RTS的重要条件。 RTS (Ramp-To-Spike) 斜升式回焊曲线折衷 再来,如果你PCBA上的零件非常简单,没有太多复杂的零件,如BGA或大颗特别容易或不易吸热的零件,也就是说零件间的温度可以轻易达到均匀一致,就建议使用「RTS斜升式回焊曲线」。   但是,如果你的板子太大或层数太多,即使零件简单,建议还是透过测温板先量测好各重点位置的温度是否可以在进入回焊区前达到一致后才决定是否采用,测温板量测时,建议一定要包含有连接大面积接地铜箔的焊点。确认可行后,先小量试跑(trial run)以确保焊锡缺点都在可管控范围内,然后才大量生产,观察几批没问题后才能真的放心让产线变更回焊曲线为RTS。   经常碰到有些PCBA工程师不明究理就直接把profile调成RTS型,因为老板喜欢,试跑时没发现什么大问题,但大量产后却频频出问题,究其原因,大多是试跑时回焊炉内的板距较松散,但大量产后板距缩短了,再加上回焊炉的能量供给不足,所以造成不沾锡的现象,尤其是那些连着大面积接地铜箔的焊垫/焊盘更是严重。   现在你应该心里有底,知道你的回流焊温度曲线应该设定成RSS型?或设定成RTS型了吧~
 
回流焊温度曲线(Reflow temperature profile)到底应该选择设定成RSS型(马鞍式)好?还是设定成RTS型(斜升式)好呢?TESDATA发现有许多的PCBA工程师都一直被这个问题给困扰着,因为有老板要求走RTS,可是自己心理又怕怕的。
 
其实想解答这个问题也没什么困难的,但你必须先了解何谓「RSS型」与「RTS型」温度曲线,只有深入了解其曲线设置的目的与限制之后,你才能选择一个符合自己产品的回焊温度曲线。
 
本文TESDATA试着整理「RSS型」与「RTS型」这两种回流焊温度曲线的特性与其目前所碰到的问题,提供一个可以选择的方向。TESDATA也不敢说以下内容都是最正确的,只是提出个人的观点给大家参考,采用前请三思。
 
RSS:Ramp-Soak-Spike 升温-吸热-回焊
回焊曲线中的「Soak zone」有人将其翻译为「恒温区」,也有人翻译为「浸润区」,但白老师建议要翻成「吸热区」或「活性区」。顾名思义,其温度曲线就是会有一段平坦的恒温区域,因为其温度曲线绘制完成后状似「马鞍」(平坦的地方可以坐人),因此「RSS型」回焊温度曲线又被称为「马鞍型」。
 
回流焊温度曲线(Reflow temperature profile)到底应该选择设定成RSS型(马鞍式)好?还是设定成RTS型(斜升式)好呢?TESDATA发现有许多的PCBA工程师都一直被这个问题给困扰着,因为有老板要求走RTS,可是自己心理又怕怕的。   其实想解答这个问题也没什么困难的,但你必须先了解何谓「RSS型」与「RTS型」温度曲线,只有深入了解其曲线设置的目的与限制之后,你才能选择一个符合自己产品的回焊温度曲线。   本文TESDATA试着整理「RSS型」与「RTS型」这两种回流焊温度曲线的特性与其目前所碰到的问题,提供一个可以选择的方向。TESDATA也不敢说以下内容都是最正确的,只是提出个人的观点给大家参考,采用前请三思。   RSS:Ramp-Soak-Spike 升温-吸热-回焊 回焊曲线中的「Soak zone」有人将其翻译为「恒温区」,也有人翻译为「浸润区」,但白老师建议要翻成「吸热区」或「活性区」。顾名思义,其温度曲线就是会有一段平坦的恒温区域,因为其温度曲线绘制完成后状似「马鞍」(平坦的地方可以坐人),因此「RSS型」回焊温度曲线又被称为「马鞍型」。   RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 这段回焊前的恒温区设置最主要目的,是为了让PCB表面所有连接大面积接地铜箔与小面积铜箔未接地的焊垫/焊盘,并且让不同大小、不同质地的零组件与焊脚之温度能够在进入回焊区前达到相同的温度,并且可以在回焊时取得最佳的焊锡效果,这也是为何白老师建议将此区称之为「吸热区」的原因,让所有欲进入回焊的物体吸饱热量达到一致的温度。就像是行军打仗前,总要等待一段时间,将零零散散的士兵全部集结在一起,然后一鼓作气往前冲锋的道理有点类似,否则大家零零散散的就容易被各个击破。   回流焊时温度如果参差不齐(「温度差△T」过大),就容易出现焊锡的缺点: ▪ SMD零组件如果在进入回焊区时发生温度不一致,就容易出现有零件焊接不到位(温度不足)或是有零件被烫伤融化(温度太高或高温过久)等情形。 ▪ 如果是同一颗零件的PCB焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现墓碑效应(tombstone),BGA则容易出现HoP/HiP或NWO缺点。 ▪ 如果零件焊脚与其对应的焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现焊锡全部爬到焊脚(虹吸现象)或是焊脚不沾锡的缺点。   以目前的SAC305无铅锡膏的回焊制程来说,这段恒温区的温度通常被维持在150±10°C的区间,这段温度基本上要保持在锡膏融化的前夕﹐一方面等待大部队的集结(让温度趋于一致),另一方面则会让锡膏中的助焊剂开始发挥清除氧化物的作用。   不过要注意的是,在这个恒温区的温度,焊膏的助焊剂中原本添加的溶剂也会因为温度升高的关系而开始加速挥发﹐活化剂虽然也会启动并开始去除焊接物表面的氧化物,不过去除氧化物的最佳时机应该还是在锡膏刚开始熔融之时,因为融化的锡膏可以藉由液态锡将氧化物推挤清除到整个焊锡的边缘或外面,这样才不会在焊锡形成时有氧化物残留而造成焊锡缺点。   所以依据锡膏助焊剂的特性,理论上这段恒温区的温度不宜太高也不能太久,否则助焊剂将会快速乾涸,反而不利助焊剂在焊锡熔融时助焊的表现,因为进入回焊区时助焊剂残留的多寡将直接关系到焊锡性的好坏~这是很多PCBA工程师都忽略掉的重点。   基于这个原因,应该所有的锡膏厂家都会告诉你,恒温区的温度不宜设定过高,更不宜过久,过了恒温区后的升温斜率则不宜过低,不建议低于1°C/Sec,目的就是为了保留最多的助焊剂进入回焊区,如果助焊剂在进入回焊前大量降低,发生空焊(non-wetting)、冷焊(De-wetting)及HoP/HiP或NWO等缺点将会大大地增加,但二次升温斜率如果速度太快则又会发生「锡飞溅」的问题,想像锅子煎鱼时炉火开得过大,把鱼放进油锅的情形,适当的降低二次升温斜率将有助「锡飞溅」的降低。所以斜率的设置根本就是一道窄门嘛。   再来,预热区的一次升温斜率也不宜太快,原则上不建议超过3°C/Sec,这是因为锡膏的助焊剂内有松香,其软化点大概落在90°C~110°C之间,预热升温如果太快,温度急速到达松香的软化点,但是溶剂却没来得及挥发,就会让锡膏的黏度变小,最终发生锡膏坍塌的情形,轻微者锡珠(solder bead)变多,严重者发生短路(solder short)。   RTS:Ramp-To-Spike 升温直接到回焊,省去了恒温区 RTS型回焊曲线又称为「山型」或「斜升式」。 RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 前面的篇幅说了那么多RSS的恒温区让助焊剂无法达到最佳的焊锡效果。所以,这个RTS型回焊曲线的最主要目的就是以符合助焊剂的特性为前提所设计出来的回温曲线,既然RSS的恒温区会让助焊剂加速挥发与乾涸,那就不要这个恒温区好了,或是把这个恒温区改成缓步升温区,这样不仅可以大大降低助焊剂挥发的比率,提高回焊时助焊剂残留率,更可以提高回焊的焊锡性(这段如果看不懂,请回文章上头再重新浏览一次RSS型回焊曲线的特性),而且,还可以缩短整个回焊过炉的时间,等于达到节省能源的效果,何乐而不为呢?   不过取消了「恒温区」就意味着「温度差△T」可能增加,所以只要控制好板子上所有的焊垫/焊盘以及所有零件的焊脚在进入回焊温度前不要有过高的△T应该就可以使用这个RTS型回焊曲线了。   哪些PCBA板子适合走RTS回焊曲线呢? 随着科技的发达,现在有越来越多的回焊炉已经具备高效热能补偿的能力,尤其是那些10温区以上的回焊炉,已不会再因为回焊炉中板子的密度多寡而有温度高高低低漂移的问题,这点对于回焊炉采用RTS有非常大的帮助,因为当初设计RSS时有一个很重要限制,就是回焊炉的热效率跟不上。所以,拥有一个高效率热补偿的回焊炉是采用RTS的重要条件。 RTS (Ramp-To-Spike) 斜升式回焊曲线折衷 再来,如果你PCBA上的零件非常简单,没有太多复杂的零件,如BGA或大颗特别容易或不易吸热的零件,也就是说零件间的温度可以轻易达到均匀一致,就建议使用「RTS斜升式回焊曲线」。   但是,如果你的板子太大或层数太多,即使零件简单,建议还是透过测温板先量测好各重点位置的温度是否可以在进入回焊区前达到一致后才决定是否采用,测温板量测时,建议一定要包含有连接大面积接地铜箔的焊点。确认可行后,先小量试跑(trial run)以确保焊锡缺点都在可管控范围内,然后才大量生产,观察几批没问题后才能真的放心让产线变更回焊曲线为RTS。   经常碰到有些PCBA工程师不明究理就直接把profile调成RTS型,因为老板喜欢,试跑时没发现什么大问题,但大量产后却频频出问题,究其原因,大多是试跑时回焊炉内的板距较松散,但大量产后板距缩短了,再加上回焊炉的能量供给不足,所以造成不沾锡的现象,尤其是那些连着大面积接地铜箔的焊垫/焊盘更是严重。   现在你应该心里有底,知道你的回流焊温度曲线应该设定成RSS型?或设定成RTS型了吧~
 
 
这段回焊前的恒温区设置最主要目的,是为了让PCB表面所有连接大面积接地铜箔与小面积铜箔未接地的焊垫/焊盘,并且让不同大小、不同质地的零组件与焊脚之温度能够在进入回焊区前达到相同的温度,并且可以在回焊时取得最佳的焊锡效果,这也是为何白老师建议将此区称之为「吸热区」的原因,让所有欲进入回焊的物体吸饱热量达到一致的温度。就像是行军打仗前,总要等待一段时间,将零零散散的士兵全部集结在一起,然后一鼓作气往前冲锋的道理有点类似,否则大家零零散散的就容易被各个击破。
 
回流焊时温度如果参差不齐(「温度差△T」过大),就容易出现焊锡的缺点:
 
▪ SMD零组件如果在进入回焊区时发生温度不一致,就容易出现有零件焊接不到位(温度不足)或是有零件被烫伤融化(温度太高或高温过久)等情形。
▪ 如果是同一颗零件的PCB焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现墓碑效应(tombstone),BGA则容易出现HoP/HiP或NWO缺点。
▪ 如果零件焊脚与其对应的焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现焊锡全部爬到焊脚(虹吸现象)或是焊脚不沾锡的缺点。
 
以目前的SAC305无铅锡膏的回焊制程来说,这段恒温区的温度通常被维持在150±10°C的区间,这段温度基本上要保持在锡膏融化的前夕﹐一方面等待大部队的集结(让温度趋于一致),另一方面则会让锡膏中的助焊剂开始发挥清除氧化物的作用。
 
不过要注意的是,在这个恒温区的温度,焊膏的助焊剂中原本添加的溶剂也会因为温度升高的关系而开始加速挥发﹐活化剂虽然也会启动并开始去除焊接物表面的氧化物,不过去除氧化物的最佳时机应该还是在锡膏刚开始熔融之时,因为融化的锡膏可以藉由液态锡将氧化物推挤清除到整个焊锡的边缘或外面,这样才不会在焊锡形成时有氧化物残留而造成焊锡缺点。
 
所以依据锡膏助焊剂的特性,理论上这段恒温区的温度不宜太高也不能太久,否则助焊剂将会快速乾涸,反而不利助焊剂在焊锡熔融时助焊的表现,因为进入回焊区时助焊剂残留的多寡将直接关系到焊锡性的好坏~这是很多PCBA工程师都忽略掉的重点。
 
基于这个原因,应该所有的锡膏厂家都会告诉你,恒温区的温度不宜设定过高,更不宜过久,过了恒温区后的升温斜率则不宜过低,不建议低于1°C/Sec,目的就是为了保留最多的助焊剂进入回焊区,如果助焊剂在进入回焊前大量降低,发生空焊(non-wetting)、冷焊(De-wetting)及HoP/HiP或NWO等缺点将会大大地增加,但二次升温斜率如果速度太快则又会发生「锡飞溅」的问题,想像锅子煎鱼时炉火开得过大,把鱼放进油锅的情形,适当的降低二次升温斜率将有助「锡飞溅」的降低。所以斜率的设置根本就是一道窄门嘛。
 
再来,预热区的一次升温斜率也不宜太快,原则上不建议超过3°C/Sec,这是因为锡膏的助焊剂内有松香,其软化点大概落在90°C~110°C之间,预热升温如果太快,温度急速到达松香的软化点,但是溶剂却没来得及挥发,就会让锡膏的黏度变小,最终发生锡膏坍塌的情形,轻微者锡珠(solder bead)变多,严重者发生短路(solder short)。
 
RTS:Ramp-To-Spike 升温直接到回焊,省去了恒温区
 
RTS型回焊曲线又称为「山型」或「斜升式」。

 
回流焊温度曲线(Reflow temperature profile)到底应该选择设定成RSS型(马鞍式)好?还是设定成RTS型(斜升式)好呢?TESDATA发现有许多的PCBA工程师都一直被这个问题给困扰着,因为有老板要求走RTS,可是自己心理又怕怕的。   其实想解答这个问题也没什么困难的,但你必须先了解何谓「RSS型」与「RTS型」温度曲线,只有深入了解其曲线设置的目的与限制之后,你才能选择一个符合自己产品的回焊温度曲线。   本文TESDATA试着整理「RSS型」与「RTS型」这两种回流焊温度曲线的特性与其目前所碰到的问题,提供一个可以选择的方向。TESDATA也不敢说以下内容都是最正确的,只是提出个人的观点给大家参考,采用前请三思。   RSS:Ramp-Soak-Spike 升温-吸热-回焊 回焊曲线中的「Soak zone」有人将其翻译为「恒温区」,也有人翻译为「浸润区」,但白老师建议要翻成「吸热区」或「活性区」。顾名思义,其温度曲线就是会有一段平坦的恒温区域,因为其温度曲线绘制完成后状似「马鞍」(平坦的地方可以坐人),因此「RSS型」回焊温度曲线又被称为「马鞍型」。   RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 这段回焊前的恒温区设置最主要目的,是为了让PCB表面所有连接大面积接地铜箔与小面积铜箔未接地的焊垫/焊盘,并且让不同大小、不同质地的零组件与焊脚之温度能够在进入回焊区前达到相同的温度,并且可以在回焊时取得最佳的焊锡效果,这也是为何白老师建议将此区称之为「吸热区」的原因,让所有欲进入回焊的物体吸饱热量达到一致的温度。就像是行军打仗前,总要等待一段时间,将零零散散的士兵全部集结在一起,然后一鼓作气往前冲锋的道理有点类似,否则大家零零散散的就容易被各个击破。   回流焊时温度如果参差不齐(「温度差△T」过大),就容易出现焊锡的缺点: ▪ SMD零组件如果在进入回焊区时发生温度不一致,就容易出现有零件焊接不到位(温度不足)或是有零件被烫伤融化(温度太高或高温过久)等情形。 ▪ 如果是同一颗零件的PCB焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现墓碑效应(tombstone),BGA则容易出现HoP/HiP或NWO缺点。 ▪ 如果零件焊脚与其对应的焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现焊锡全部爬到焊脚(虹吸现象)或是焊脚不沾锡的缺点。   以目前的SAC305无铅锡膏的回焊制程来说,这段恒温区的温度通常被维持在150±10°C的区间,这段温度基本上要保持在锡膏融化的前夕﹐一方面等待大部队的集结(让温度趋于一致),另一方面则会让锡膏中的助焊剂开始发挥清除氧化物的作用。   不过要注意的是,在这个恒温区的温度,焊膏的助焊剂中原本添加的溶剂也会因为温度升高的关系而开始加速挥发﹐活化剂虽然也会启动并开始去除焊接物表面的氧化物,不过去除氧化物的最佳时机应该还是在锡膏刚开始熔融之时,因为融化的锡膏可以藉由液态锡将氧化物推挤清除到整个焊锡的边缘或外面,这样才不会在焊锡形成时有氧化物残留而造成焊锡缺点。   所以依据锡膏助焊剂的特性,理论上这段恒温区的温度不宜太高也不能太久,否则助焊剂将会快速乾涸,反而不利助焊剂在焊锡熔融时助焊的表现,因为进入回焊区时助焊剂残留的多寡将直接关系到焊锡性的好坏~这是很多PCBA工程师都忽略掉的重点。   基于这个原因,应该所有的锡膏厂家都会告诉你,恒温区的温度不宜设定过高,更不宜过久,过了恒温区后的升温斜率则不宜过低,不建议低于1°C/Sec,目的就是为了保留最多的助焊剂进入回焊区,如果助焊剂在进入回焊前大量降低,发生空焊(non-wetting)、冷焊(De-wetting)及HoP/HiP或NWO等缺点将会大大地增加,但二次升温斜率如果速度太快则又会发生「锡飞溅」的问题,想像锅子煎鱼时炉火开得过大,把鱼放进油锅的情形,适当的降低二次升温斜率将有助「锡飞溅」的降低。所以斜率的设置根本就是一道窄门嘛。   再来,预热区的一次升温斜率也不宜太快,原则上不建议超过3°C/Sec,这是因为锡膏的助焊剂内有松香,其软化点大概落在90°C~110°C之间,预热升温如果太快,温度急速到达松香的软化点,但是溶剂却没来得及挥发,就会让锡膏的黏度变小,最终发生锡膏坍塌的情形,轻微者锡珠(solder bead)变多,严重者发生短路(solder short)。   RTS:Ramp-To-Spike 升温直接到回焊,省去了恒温区 RTS型回焊曲线又称为「山型」或「斜升式」。 RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 前面的篇幅说了那么多RSS的恒温区让助焊剂无法达到最佳的焊锡效果。所以,这个RTS型回焊曲线的最主要目的就是以符合助焊剂的特性为前提所设计出来的回温曲线,既然RSS的恒温区会让助焊剂加速挥发与乾涸,那就不要这个恒温区好了,或是把这个恒温区改成缓步升温区,这样不仅可以大大降低助焊剂挥发的比率,提高回焊时助焊剂残留率,更可以提高回焊的焊锡性(这段如果看不懂,请回文章上头再重新浏览一次RSS型回焊曲线的特性),而且,还可以缩短整个回焊过炉的时间,等于达到节省能源的效果,何乐而不为呢?   不过取消了「恒温区」就意味着「温度差△T」可能增加,所以只要控制好板子上所有的焊垫/焊盘以及所有零件的焊脚在进入回焊温度前不要有过高的△T应该就可以使用这个RTS型回焊曲线了。   哪些PCBA板子适合走RTS回焊曲线呢? 随着科技的发达,现在有越来越多的回焊炉已经具备高效热能补偿的能力,尤其是那些10温区以上的回焊炉,已不会再因为回焊炉中板子的密度多寡而有温度高高低低漂移的问题,这点对于回焊炉采用RTS有非常大的帮助,因为当初设计RSS时有一个很重要限制,就是回焊炉的热效率跟不上。所以,拥有一个高效率热补偿的回焊炉是采用RTS的重要条件。 RTS (Ramp-To-Spike) 斜升式回焊曲线折衷 再来,如果你PCBA上的零件非常简单,没有太多复杂的零件,如BGA或大颗特别容易或不易吸热的零件,也就是说零件间的温度可以轻易达到均匀一致,就建议使用「RTS斜升式回焊曲线」。   但是,如果你的板子太大或层数太多,即使零件简单,建议还是透过测温板先量测好各重点位置的温度是否可以在进入回焊区前达到一致后才决定是否采用,测温板量测时,建议一定要包含有连接大面积接地铜箔的焊点。确认可行后,先小量试跑(trial run)以确保焊锡缺点都在可管控范围内,然后才大量生产,观察几批没问题后才能真的放心让产线变更回焊曲线为RTS。   经常碰到有些PCBA工程师不明究理就直接把profile调成RTS型,因为老板喜欢,试跑时没发现什么大问题,但大量产后却频频出问题,究其原因,大多是试跑时回焊炉内的板距较松散,但大量产后板距缩短了,再加上回焊炉的能量供给不足,所以造成不沾锡的现象,尤其是那些连着大面积接地铜箔的焊垫/焊盘更是严重。   现在你应该心里有底,知道你的回流焊温度曲线应该设定成RSS型?或设定成RTS型了吧~

 
前面的篇幅说了那么多RSS的恒温区让助焊剂无法达到最佳的焊锡效果。所以,这个RTS型回焊曲线的最主要目的就是以符合助焊剂的特性为前提所设计出来的回温曲线,既然RSS的恒温区会让助焊剂加速挥发与乾涸,那就不要这个恒温区好了,或是把这个恒温区改成缓步升温区,这样不仅可以大大降低助焊剂挥发的比率,提高回焊时助焊剂残留率,更可以提高回焊的焊锡性(这段如果看不懂,请回文章上头再重新浏览一次RSS型回焊曲线的特性),而且,还可以缩短整个回焊过炉的时间,等于达到节省能源的效果,何乐而不为呢?
 
不过取消了「恒温区」就意味着「温度差△T」可能增加,所以只要控制好板子上所有的焊垫/焊盘以及所有零件的焊脚在进入回焊温度前不要有过高的△T应该就可以使用这个RTS型回焊曲线了。
 
哪些PCBA板子适合走RTS回焊曲线呢?
随着科技的发达,现在有越来越多的回焊炉已经具备高效热能补偿的能力,尤其是那些10温区以上的回焊炉,已不会再因为回焊炉中板子的密度多寡而有温度高高低低漂移的问题,这点对于回焊炉采用RTS有非常大的帮助,因为当初设计RSS时有一个很重要限制,就是回焊炉的热效率跟不上。所以,拥有一个高效率热补偿的回焊炉是采用RTS的重要条件。
 
 
回流焊温度曲线(Reflow temperature profile)到底应该选择设定成RSS型(马鞍式)好?还是设定成RTS型(斜升式)好呢?TESDATA发现有许多的PCBA工程师都一直被这个问题给困扰着,因为有老板要求走RTS,可是自己心理又怕怕的。   其实想解答这个问题也没什么困难的,但你必须先了解何谓「RSS型」与「RTS型」温度曲线,只有深入了解其曲线设置的目的与限制之后,你才能选择一个符合自己产品的回焊温度曲线。   本文TESDATA试着整理「RSS型」与「RTS型」这两种回流焊温度曲线的特性与其目前所碰到的问题,提供一个可以选择的方向。TESDATA也不敢说以下内容都是最正确的,只是提出个人的观点给大家参考,采用前请三思。   RSS:Ramp-Soak-Spike 升温-吸热-回焊 回焊曲线中的「Soak zone」有人将其翻译为「恒温区」,也有人翻译为「浸润区」,但白老师建议要翻成「吸热区」或「活性区」。顾名思义,其温度曲线就是会有一段平坦的恒温区域,因为其温度曲线绘制完成后状似「马鞍」(平坦的地方可以坐人),因此「RSS型」回焊温度曲线又被称为「马鞍型」。   RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 这段回焊前的恒温区设置最主要目的,是为了让PCB表面所有连接大面积接地铜箔与小面积铜箔未接地的焊垫/焊盘,并且让不同大小、不同质地的零组件与焊脚之温度能够在进入回焊区前达到相同的温度,并且可以在回焊时取得最佳的焊锡效果,这也是为何白老师建议将此区称之为「吸热区」的原因,让所有欲进入回焊的物体吸饱热量达到一致的温度。就像是行军打仗前,总要等待一段时间,将零零散散的士兵全部集结在一起,然后一鼓作气往前冲锋的道理有点类似,否则大家零零散散的就容易被各个击破。   回流焊时温度如果参差不齐(「温度差△T」过大),就容易出现焊锡的缺点: ▪ SMD零组件如果在进入回焊区时发生温度不一致,就容易出现有零件焊接不到位(温度不足)或是有零件被烫伤融化(温度太高或高温过久)等情形。 ▪ 如果是同一颗零件的PCB焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现墓碑效应(tombstone),BGA则容易出现HoP/HiP或NWO缺点。 ▪ 如果零件焊脚与其对应的焊垫/焊盘无法在进入回焊区前达到相同温度,则容易出现焊锡全部爬到焊脚(虹吸现象)或是焊脚不沾锡的缺点。   以目前的SAC305无铅锡膏的回焊制程来说,这段恒温区的温度通常被维持在150±10°C的区间,这段温度基本上要保持在锡膏融化的前夕﹐一方面等待大部队的集结(让温度趋于一致),另一方面则会让锡膏中的助焊剂开始发挥清除氧化物的作用。   不过要注意的是,在这个恒温区的温度,焊膏的助焊剂中原本添加的溶剂也会因为温度升高的关系而开始加速挥发﹐活化剂虽然也会启动并开始去除焊接物表面的氧化物,不过去除氧化物的最佳时机应该还是在锡膏刚开始熔融之时,因为融化的锡膏可以藉由液态锡将氧化物推挤清除到整个焊锡的边缘或外面,这样才不会在焊锡形成时有氧化物残留而造成焊锡缺点。   所以依据锡膏助焊剂的特性,理论上这段恒温区的温度不宜太高也不能太久,否则助焊剂将会快速乾涸,反而不利助焊剂在焊锡熔融时助焊的表现,因为进入回焊区时助焊剂残留的多寡将直接关系到焊锡性的好坏~这是很多PCBA工程师都忽略掉的重点。   基于这个原因,应该所有的锡膏厂家都会告诉你,恒温区的温度不宜设定过高,更不宜过久,过了恒温区后的升温斜率则不宜过低,不建议低于1°C/Sec,目的就是为了保留最多的助焊剂进入回焊区,如果助焊剂在进入回焊前大量降低,发生空焊(non-wetting)、冷焊(De-wetting)及HoP/HiP或NWO等缺点将会大大地增加,但二次升温斜率如果速度太快则又会发生「锡飞溅」的问题,想像锅子煎鱼时炉火开得过大,把鱼放进油锅的情形,适当的降低二次升温斜率将有助「锡飞溅」的降低。所以斜率的设置根本就是一道窄门嘛。   再来,预热区的一次升温斜率也不宜太快,原则上不建议超过3°C/Sec,这是因为锡膏的助焊剂内有松香,其软化点大概落在90°C~110°C之间,预热升温如果太快,温度急速到达松香的软化点,但是溶剂却没来得及挥发,就会让锡膏的黏度变小,最终发生锡膏坍塌的情形,轻微者锡珠(solder bead)变多,严重者发生短路(solder short)。   RTS:Ramp-To-Spike 升温直接到回焊,省去了恒温区 RTS型回焊曲线又称为「山型」或「斜升式」。 RSS (Ramp-Soak-Spike) 马鞍式回焊曲线 前面的篇幅说了那么多RSS的恒温区让助焊剂无法达到最佳的焊锡效果。所以,这个RTS型回焊曲线的最主要目的就是以符合助焊剂的特性为前提所设计出来的回温曲线,既然RSS的恒温区会让助焊剂加速挥发与乾涸,那就不要这个恒温区好了,或是把这个恒温区改成缓步升温区,这样不仅可以大大降低助焊剂挥发的比率,提高回焊时助焊剂残留率,更可以提高回焊的焊锡性(这段如果看不懂,请回文章上头再重新浏览一次RSS型回焊曲线的特性),而且,还可以缩短整个回焊过炉的时间,等于达到节省能源的效果,何乐而不为呢?   不过取消了「恒温区」就意味着「温度差△T」可能增加,所以只要控制好板子上所有的焊垫/焊盘以及所有零件的焊脚在进入回焊温度前不要有过高的△T应该就可以使用这个RTS型回焊曲线了。   哪些PCBA板子适合走RTS回焊曲线呢? 随着科技的发达,现在有越来越多的回焊炉已经具备高效热能补偿的能力,尤其是那些10温区以上的回焊炉,已不会再因为回焊炉中板子的密度多寡而有温度高高低低漂移的问题,这点对于回焊炉采用RTS有非常大的帮助,因为当初设计RSS时有一个很重要限制,就是回焊炉的热效率跟不上。所以,拥有一个高效率热补偿的回焊炉是采用RTS的重要条件。 RTS (Ramp-To-Spike) 斜升式回焊曲线折衷 再来,如果你PCBA上的零件非常简单,没有太多复杂的零件,如BGA或大颗特别容易或不易吸热的零件,也就是说零件间的温度可以轻易达到均匀一致,就建议使用「RTS斜升式回焊曲线」。   但是,如果你的板子太大或层数太多,即使零件简单,建议还是透过测温板先量测好各重点位置的温度是否可以在进入回焊区前达到一致后才决定是否采用,测温板量测时,建议一定要包含有连接大面积接地铜箔的焊点。确认可行后,先小量试跑(trial run)以确保焊锡缺点都在可管控范围内,然后才大量生产,观察几批没问题后才能真的放心让产线变更回焊曲线为RTS。   经常碰到有些PCBA工程师不明究理就直接把profile调成RTS型,因为老板喜欢,试跑时没发现什么大问题,但大量产后却频频出问题,究其原因,大多是试跑时回焊炉内的板距较松散,但大量产后板距缩短了,再加上回焊炉的能量供给不足,所以造成不沾锡的现象,尤其是那些连着大面积接地铜箔的焊垫/焊盘更是严重。   现在你应该心里有底,知道你的回流焊温度曲线应该设定成RSS型?或设定成RTS型了吧~
 
再来,如果你PCBA上的零件非常简单,没有太多复杂的零件,如BGA或大颗特别容易或不易吸热的零件,也就是说零件间的温度可以轻易达到均匀一致,就建议使用「RTS斜升式回焊曲线」。
 
但是,如果你的板子太大或层数太多,即使零件简单,建议还是透过测温板先量测好各重点位置的温度是否可以在进入回焊区前达到一致后才决定是否采用,测温板量测时,建议一定要包含有连接大面积接地铜箔的焊点。确认可行后,先小量试跑(trial run)以确保焊锡缺点都在可管控范围内,然后才大量生产,观察几批没问题后才能真的放心让产线变更回焊曲线为RTS。
 
经常碰到有些PCBA工程师不明究理就直接把profile调成RTS型,因为老板喜欢,试跑时没发现什么大问题,但大量产后却频频出问题,究其原因,大多是试跑时回焊炉内的板距较松散,但大量产后板距缩短了,再加上回焊炉的能量供给不足,所以造成不沾锡的现象,尤其是那些连着大面积接地铜箔的焊垫/焊盘更是严重。
 
现在你应该心里有底,知道你的回流焊温度曲线应该设定成RSS型?或设定成RTS型了吧~