回流焊的升温速率讲解

一文讲透回流焊的升温速率以纠偏扶正    

引言：

作为SMT从业者，大家对回流焊的炉温曲线应该非常熟悉，但在与许多同行的频繁交流中，我发觉绝大多数人对炉温曲线的理解，主要是对于升温速率（也叫升温斜率）的认识都不够透彻，因此深感遗憾。我认为有必要撰写此文以对行业中普遍的错误观念进行纠偏扶正。

1.我们需要关注的升温速率是回流焊哪个阶段的升温速率？

回流焊分四个阶段，升温区、预热区（也有叫恒温区或者保温区）、回流区、冷却区。我们需要关注的是第一个阶段升温区的升温速率。

2. 回流焊的升温区为什么要控制升温速率？

在贴片完成后，PCBA电子组件进入回流炉，即开始按照预定速度从环境温度开始加热。为防止元器件损坏，控制升温速率是必要的。加热还使得助焊剂在完全活化之前其溶剂的蒸发，以减少焊接时气体的产生。

这里的关键是升温速率不宜太大，否则容易导致元器件损坏。我们都知道元器件的原材料有金属和塑料等，他们都有热胀冷缩的特性，而不同材质的热膨胀系数是不一样的。另外有些元器件是MSD（湿度敏感元件），元件内部的水汽也会受热膨胀直到汽化。过快的升温速率显然容易造成元器件因热膨胀过快而造成损伤。

3. 升温速率应该设定多少最合适？

有人说1~3℃/s，也有人说1~4℃/s或者2~4℃/s。从防止元器件损伤的角度，我认为1~3℃/s是最为合理的。

4.  升温速率是怎样计算的?

从升温速率的单位可以看出，升温速率是一定时间之间的温度差除以时间差,即升温速率=（T2-T1）/(t2-t1)。

5. 重点来了!!!

为什么我说绝大多数从业者都不理解回流焊的升温速率呢？大家有没有想过，你们看到的炉温测试结果，其中的升温速率正确吗？

答案是绝大多数SMT工程师提供的炉温曲线，其中升温速率的数据是无意义的，不是我们想要管控的升温速率。

6. 如何看懂炉温测试软件的计算逻辑？

以上述炉温曲线案例为例：

斜率1：介于25℃~150℃之间

计算斜率的时间间隔：60s（我在上面示意图中以Tc表示）

升温速率=（132-25）/60≈1.78℃/s

以上结果符合1~3℃/s的工艺要求，于是SMT工程师信心满满地说，升温速率很理想。大多数人都觉得没毛病，只有极少数明白人知道，这是假的升温速率，看这个结果毫无意义。这个“毛病”就出在“计算斜率的时间间隔tc：60s”上面。

我们可以很明显地看到，实际的炉温曲线不是以固定的斜率上升，而是先快后慢，当我们看到1.78℃/s的结果而心安理得时，殊不知某些元件可能面临着巨大的损伤风险，它们很可能经受着实际远高于3℃/s的斜率，而我们却看不到。

我们做一个验证，同一个炉温曲线测试结果，我们把Tc（采样间隔时间）分别改为3s和1s，我们看一下结果比对：

我们可以看到Tc=3s时，1号测温点的升温速率为2.50℃/s；

Tc=1s时，1号测温点的升温速率为2.90℃/s，比前者高出很多。

由此得出结论1：采样间隔时间设置值越大，则软件显示的升温速率越小。

由上面两图我们还可以看到，斜率介于35℃~60℃或者35℃~150℃时，软件显示的升温速率是不变的，由此我们又可以得出结论2：炉温测试软件的斜率计算逻辑是取设定的温度区间内的最大斜率。而最大斜率是曲线最开始上升的那个阶段。

7. 如何获得正确的升温速率？

由刚才的案例，我们可以明确回流焊炉温曲线的升温速率是先大后小，因此我们需要关注和管控的是曲线最初的升温速率。之前看到有人设置斜率介于35℃~150℃或者40℃~160℃都是不合理的。因为我们SMT车间的温度要求是23℃±5℃，即使考虑到我们的测温板往往有余温，我们也应该设定温度区间介于23℃~150℃（150℃换成60℃或者100℃都没影响），采用间隔时间应设定为1s。

8. 如何设定回流焊的炉温参数以获得可靠的升温速率？

这个问题可以换一种问法：炉温参数中哪些参数对升温速率有最直接的影响？

答案是：第一温区的温度和链速。

第一温区的温度与升温速率成正比；链速与升温速率成反比。

原因是第一温区的温度与车间环境温度的差值是最大的，一般在100℃上下，而后面相邻温区的温差值一般都要求不超过50℃，整个回流焊过程的链速是恒定不变的，从升温速率=（T2-T1）/(t2-t1)的计算公式可以看出，温差越大，升温速率越大。因此，毫无疑问，回流焊的升温速率最大值就是在曲线最开始上升的阶段。

结语

我之前看到很多人提供的炉温曲线上，采样间隔时间有60s，有30s，也有20s的，当我指出错误时，他们振振有词地说这是我们软件的默认设置，能有什么问题？我这样做了n年了，我们的产品出去多少kk了，能有什么问题？  

我希望大家看到本文后，能够重新审视自己的职业观。作为一个合格的优秀的工艺工程师，应有坚实的理论基础、丰富的实践经验、严谨细致的工作态度、敏锐的洞察力、坚定的立场，不随波逐流，不人云亦云，这样才能在职场江湖立于不败之地。    

审核编辑：汤梓红