一文講透回流焊的升溫速率以糾偏扶正

引言：

作為SMT從業(yè)者，大家對(duì)回流焊的爐溫曲線應(yīng)該非常熟悉，但在與許多同行的頻繁交流中，我發(fā)覺絕大多數(shù)人對(duì)爐溫曲線的理解，主要是對(duì)于升溫速率（也叫升溫斜率）的認(rèn)識(shí)都不夠透徹，因此深感遺憾。我認(rèn)為有必要撰寫此文以對(duì)行業(yè)中普遍的錯(cuò)誤觀念進(jìn)行糾偏扶正。

1.我們需要關(guān)注的升溫速率是回流焊哪個(gè)階段的升溫速率？

回流焊分四個(gè)階段，升溫區(qū)、預(yù)熱區(qū)（也有叫恒溫區(qū)或者保溫區(qū)）、回流區(qū)、冷卻區(qū)。我們需要關(guān)注的是第一個(gè)階段升溫區(qū)的升溫速率。

2. 回流焊的升溫區(qū)為什么要控制升溫速率？

在貼片完成后，PCBA電子組件進(jìn)入回流爐，即開始按照預(yù)定速度從環(huán)境溫度開始加熱。為防止元器件損壞，控制升溫速率是必要的。加熱還使得助焊劑在完全活化之前其溶劑的蒸發(fā)，以減少焊接時(shí)氣體的產(chǎn)生。

這里的關(guān)鍵是升溫速率不宜太大，否則容易導(dǎo)致元器件損壞。我們都知道元器件的原材料有金屬和塑料等，他們都有熱脹冷縮的特性，而不同材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)是不一樣的。另外有些元器件是MSD（濕度敏感元件），元件內(nèi)部的水汽也會(huì)受熱膨脹直到汽化。過快的升溫速率顯然容易造成元器件因熱膨脹過快而造成損傷。

3. 升溫速率應(yīng)該設(shè)定多少最合適？

有人說1~3℃/s，也有人說1~4℃/s或者2~4℃/s。從防止元器件損傷的角度，我認(rèn)為1~3℃/s是最為合理的。

4. 升溫速率是怎樣計(jì)算的?

從升溫速率的單位可以看出，升溫速率是一定時(shí)間之間的溫度差除以時(shí)間差,即升溫速率=（T2-T1）/(t2-t1)。

5. 重點(diǎn)來了!!!

為什么我說絕大多數(shù)從業(yè)者都不理解回流焊的升溫速率呢？大家有沒有想過，你們看到的爐溫測(cè)試結(jié)果，其中的升溫速率正確嗎？

答案是絕大多數(shù)SMT工程師提供的爐溫曲線，其中升溫速率的數(shù)據(jù)是無意義的，不是我們想要管控的升溫速率。

6. 如何看懂爐溫測(cè)試軟件的計(jì)算邏輯？

以上述爐溫曲線案例為例：

斜率1：介于25℃~150℃之間

計(jì)算斜率的時(shí)間間隔：60s（我在上面示意圖中以Tc表示）

升溫速率=（132-25）/60≈1.78℃/s

以上結(jié)果符合1~3℃/s的工藝要求，于是SMT工程師信心滿滿地說，升溫速率很理想。大多數(shù)人都覺得沒毛病，只有極少數(shù)明白人知道，這是假的升溫速率，看這個(gè)結(jié)果毫無意義。這個(gè)“毛病”就出在“計(jì)算斜率的時(shí)間間隔tc：60s”上面。

我們可以很明顯地看到，實(shí)際的爐溫曲線不是以固定的斜率上升，而是先快后慢，當(dāng)我們看到1.78℃/s的結(jié)果而心安理得時(shí)，殊不知某些元件可能面臨著巨大的損傷風(fēng)險(xiǎn)，它們很可能經(jīng)受著實(shí)際遠(yuǎn)高于3℃/s的斜率，而我們卻看不到。

我們做一個(gè)驗(yàn)證，同一個(gè)爐溫曲線測(cè)試結(jié)果，我們把Tc（采樣間隔時(shí)間）分別改為3s和1s，我們看一下結(jié)果比對(duì)：

我們可以看到Tc=3s時(shí)，1號(hào)測(cè)溫點(diǎn)的升溫速率為2.50℃/s；

Tc=1s時(shí)，1號(hào)測(cè)溫點(diǎn)的升溫速率為2.90℃/s，比前者高出很多。

由此得出結(jié)論1：采樣間隔時(shí)間設(shè)置值越大，則軟件顯示的升溫速率越小。

由上面兩圖我們還可以看到，斜率介于35℃~60℃或者35℃~150℃時(shí)，軟件顯示的升溫速率是不變的，由此我們又可以得出結(jié)論2：爐溫測(cè)試軟件的斜率計(jì)算邏輯是取設(shè)定的溫度區(qū)間內(nèi)的最大斜率。而最大斜率是曲線最開始上升的那個(gè)階段。

7. 如何獲得正確的升溫速率？

由剛才的案例，我們可以明確回流焊爐溫曲線的升溫速率是先大后小，因此我們需要關(guān)注和管控的是曲線最初的升溫速率。之前看到有人設(shè)置斜率介于35℃~150℃或者40℃~160℃都是不合理的。因?yàn)槲覀僑MT車間的溫度要求是23℃±5℃，即使考慮到我們的測(cè)溫板往往有余溫，我們也應(yīng)該設(shè)定溫度區(qū)間介于23℃~150℃（150℃換成60℃或者100℃都沒影響），采用間隔時(shí)間應(yīng)設(shè)定為1s。

8. 如何設(shè)定回流焊的爐溫參數(shù)以獲得可靠的升溫速率？

這個(gè)問題可以換一種問法：爐溫參數(shù)中哪些參數(shù)對(duì)升溫速率有最直接的影響？

答案是：第一溫區(qū)的溫度和鏈速。

第一溫區(qū)的溫度與升溫速率成正比；鏈速與升溫速率成反比。

原因是第一溫區(qū)的溫度與車間環(huán)境溫度的差值是最大的，一般在100℃上下，而后面相鄰溫區(qū)的溫差值一般都要求不超過50℃，整個(gè)回流焊過程的鏈速是恒定不變的，從升溫速率=（T2-T1）/(t2-t1)的計(jì)算公式可以看出，溫差越大，升溫速率越大。因此，毫無疑問，回流焊的升溫速率最大值就是在曲線最開始上升的階段。

結(jié)語

我之前看到很多人提供的爐溫曲線上，采樣間隔時(shí)間有60s，有30s，也有20s的，當(dāng)我指出錯(cuò)誤時(shí)，他們振振有詞地說這是我們軟件的默認(rèn)設(shè)置，能有什么問題？我這樣做了n年了，我們的產(chǎn)品出去多少kk了，能有什么問題？

我希望大家看到本文后，能夠重新審視自己的職業(yè)觀。作為一個(gè)合格的優(yōu)秀的工藝工程師，應(yīng)有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作態(tài)度、敏銳的洞察力、堅(jiān)定的立場(chǎng)，不隨波逐流，不人云亦云，這樣才能在職場(chǎng)江湖立于不敗之地。

審核編輯：湯梓紅