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在PCBA加工與SMT貼片工藝中，回流焊是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其溫度曲線的設(shè)置對(duì)焊接質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。而不同的PCB板材因其材料特性不同，在回流焊時(shí)所需的溫度曲線也會(huì)存在差異，以下是詳細(xì)介紹。

一、常見PCB板材類型

FR - 4 板材
- FR - 4 是一種常見的環(huán)氧玻璃纖維板，具有良好的機(jī)械性能、電氣性能和耐熱性。它由玻璃纖維布與環(huán)氧樹脂復(fù)合而成，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）通常在 130 - 150℃左右。在回流焊過程中，其溫度曲線一般分為預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)。
- 預(yù)熱區(qū)的溫度上升速率一般控制在 1 - 3℃/s，目的是使 PCB 板材和元器件逐漸升溫，減少熱沖擊。溫度范圍在 50 - 150℃，此階段主要是去除 PCB 表面的水分和揮發(fā)性物質(zhì)，同時(shí)使助焊劑活性成分開始發(fā)揮作用。
- 區(qū)保溫的溫度一般在 150 - 180℃，停留時(shí)間約為 60 - 120s。這個(gè)階段主要是使 PCB 板材和元器件的溫度趨于均勻，助焊劑進(jìn)一步活化，去除氧化膜等雜質(zhì)，為后續(xù)的焊接做準(zhǔn)備。
- 回流區(qū)的峰值溫度一般在 210 - 230℃，回流時(shí)間約為 30 - 60s。在這個(gè)階段，焊膏中的錫膏達(dá)到熔點(diǎn)并形成焊點(diǎn)，完成元器件與 PCB 的電氣連接。由于 FR - 4 板材的熱容量較大，在回流區(qū)需要足夠的熱量來保證焊膏的充分化熔和潤濕。
- 冷卻區(qū)的降溫速率一般控制在 3 - 6℃/s，使焊點(diǎn)能夠快速冷卻固化，形成良好的焊點(diǎn)形狀和性能。如果冷卻速度過慢，可能會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)出現(xiàn)氧化、虛焊等問題；冷卻速度過快，則可能引起元器件的熱應(yīng)力損壞。
CEM - 1 板材
- CEM - 1 是一種復(fù)合基材，主要由紙質(zhì)玻璃布與環(huán)氧樹脂復(fù)合而成。與 FR - 4 相比，其機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性稍低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）一般在 120 - 140℃左右。
- 其回流焊溫度曲線的預(yù)熱區(qū)溫度上升速率可適當(dāng)降低至 0.5 - 2℃/s，因?yàn)?CEM - 1 板材的熱傳導(dǎo)性相對(duì)較差，過快的升溫速率可能導(dǎo)致板材內(nèi)部應(yīng)力集中。預(yù)熱溫度范圍在 40 - 130℃，保溫時(shí)間可延長至 90 - 150s，以確保板材和元器件充分預(yù)熱，使助焊劑更好地發(fā)揮作用。
- 回流區(qū)的峰值溫度一般在 200 - 220℃，回流時(shí)間約為 40 - 80s。由于 CEM - 1 板材的耐熱性較低，在設(shè)置回流溫度時(shí)要避免過高溫度對(duì)板材造成損壞。同時(shí)，其熱容量相對(duì) FR - 4 較小，在回流區(qū)的升溫速度可以適當(dāng)加快，但要確保焊膏能夠充分熔化和潤濕。
- 冷卻區(qū)的降溫速率控制在 2 - 5℃/s，與 FR - 4 相比，可適當(dāng)降低降溫速率，以減少因快速冷卻對(duì) CEM - 1 板材產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
鋁基板
- 鋁基板是一種以鋁合金作為基材的 PCB，具有良好的導(dǎo)熱性和散熱性。其導(dǎo)熱系數(shù)通?？蛇_(dá) 80 - 200W/m?K，遠(yuǎn)高于 FR - 4 和 CEM - 1 板材。這種特性使得鋁基板在回流焊過程中對(duì)熱量的傳導(dǎo)和分布與普通板材有很大不同。
- 預(yù)熱區(qū)的溫度上升速率一般在 2 - 4℃/s，溫度范圍在 60 - 160℃。由于鋁基板的導(dǎo)熱性好，在預(yù)熱階段可以較快地升溫，使整個(gè)板材均勻受熱。同時(shí)，鋁基板的熱容量較大，需要足夠的熱量來提升其溫度。
- 保溫區(qū)的溫度在 160 - 190℃，停留時(shí)間約為 30 - 90s。在這個(gè)階段，主要是使鋁基板和元器件的溫度達(dá)到平衡，助焊劑充分活化，去除氧化膜等雜質(zhì)。由于鋁基板的散熱快，保溫時(shí)間相對(duì)較短，以防止熱量過度散失導(dǎo)致溫度不足。
- 回流區(qū)的峰值溫度一般在 220 - 250℃，回流時(shí)間約為 20 - 50s。較高的峰值溫度是由于鋁基板需要足夠的熱量來確保焊膏熔化并形成良好的焊點(diǎn)，同時(shí)其良好的導(dǎo)熱性也使得熱量能夠快速傳遞到焊點(diǎn)部位。但由于鋁基板的導(dǎo)熱性，過高的溫度也可能導(dǎo)致熱量傳遞到不應(yīng)被加熱的區(qū)域，引起元器件損壞等問題。
- 冷卻區(qū)的降溫速率控制在 4 - 8℃/s，較快的冷卻速度有利于形成致密的焊點(diǎn)組織，提高焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。同時(shí)，鋁基板的散熱性能可以輔助快速冷卻過程。

二、不同PCB板材回流焊溫度曲線差異原因分析

材料的熱性能差異
- 熱導(dǎo)率不同：FR - 4 和 CEM - 1 的熱導(dǎo)率較低，熱量在板材內(nèi)部的傳導(dǎo)相對(duì)較慢。在回流焊過程中，需要較長的預(yù)熱和保溫時(shí)間來使整個(gè)板材和元器件達(dá)到合適的焊接溫度。而鋁基板熱導(dǎo)率高，熱量能夠快速傳導(dǎo)，因此預(yù)熱和保溫時(shí)間相對(duì)較短，但在回流區(qū)需要更高的峰值溫度來確保焊點(diǎn)充分熔化。
- 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）不同：Tg 是材料從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度。FR - 4 和 CEM - 1 的 Tg 較低，在接近 Tg 時(shí)，材料的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變化。在設(shè)置回流焊溫度曲線時(shí)，要避免長時(shí)間處于 Tg 附近溫度，以免導(dǎo)致板材變形等問題。
材料的耐熱性差異
- FR - 4 板材具有較好的耐熱性，能夠承受較高的回流焊溫度，峰值溫度可以設(shè)置在較高范圍。而 CEM - 1 板材耐熱性稍差，過高的溫度可能導(dǎo)致板材分層、起泡等質(zhì)量問題，因此其回流焊溫度峰值相對(duì)較低。
材料的熱容量差異
- FR - 4 和鋁基板的熱容量較大，需要更多的熱量來提升其溫度。在回流焊預(yù)熱和回流區(qū)，需要設(shè)置合適的升溫速率和熱量輸入，以確保焊膏能夠充分熔化并形成良好的焊點(diǎn)。而 CEM - 1 板材熱容量相對(duì)較小，在相同的熱量輸入下，溫度上升速度較快，因此在預(yù)熱和回流區(qū)的溫度設(shè)置和時(shí)間控制上需要更謹(jǐn)慎，避免溫度過高。

三、回流焊溫度曲線差異對(duì)PCBA加工和SMT貼片的影響

對(duì)焊接質(zhì)量的影響
- 不同的回流焊溫度曲線直接影響焊膏的熔化、潤濕和冷卻過程。如果溫度曲線設(shè)置不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致虛焊、橋連、冷焊等焊接缺陷。例如，對(duì)于 FR - 4 板材，如果預(yù)熱不足，焊膏中的溶劑揮發(fā)不充分，在回流區(qū)可能會(huì)產(chǎn)生爆珠現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接不牢固。對(duì)于鋁基板，如果峰值溫度過低，焊膏不能充分熔化，無法形成良好的焊點(diǎn)；而峰值溫度過高，則可能損壞鋁基板上的元器件。
對(duì)元器件的影響
- 元器件有不同的耐熱性和熱敏感度。在回流焊過程中，不同 PCB 板材的溫度曲線會(huì)使得元器件受到不同程度的熱沖擊。例如，在 FR - 4 板材加工中，較長的保溫時(shí)間和較高的回流溫度可能對(duì)耐熱性較差的元器件造成損壞。而對(duì)于鋁基板，其良好的導(dǎo)熱性可能導(dǎo)致熱量快速傳遞到元器件引腳，如果溫度曲線控制不當(dāng)，也會(huì)對(duì)元器件的可靠性產(chǎn)生影響。
對(duì)生產(chǎn)效率的影響
- 溫度曲線的設(shè)置會(huì)影響回流焊的生產(chǎn)節(jié)拍。較長的預(yù)熱和保溫時(shí)間會(huì)降低生產(chǎn)效率，而過快的升溫速率可能導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降，增加返工率。例如，CEM - 1 板材由于其預(yù)熱和保溫時(shí)間較長，在批量生產(chǎn)時(shí)可能需要優(yōu)化溫度曲線，以在保證焊接質(zhì)量的前提下提高生產(chǎn)效率。