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1、2017年3月IPC-753OA CN1 MB I1.1 目的I1.2 背景11.3 术语和定义11.3.1 温度曲线I1.3.2 程序21.3.3 糊状区21.3.4 温升斜率31.3.5 恒温（驻留）31.3.6 峰值31.3.7 熔点31.3.8 液相线31.3.9 固相线31.3.10 共晶31.3.11 液相线以上时间（TAL） 31.3.12 实际的 TAL 41.3.13 差值T （温度曲线或设备）41.3.14 相图41.3.15 过热41.3.16 冷却41.3.17 预热41.3.18 级红外主导辐射系统41.3.19 二级对流/红外系统 41.3.20 三级对流主导系统4
2、1.3.21 曲线区间41.3.22 再流程序41.3.23 液相线时间延迟（LTD） 42适用文件42.1 IPC 42.2 联合工业标准52.3 JEDEC 53对流再流曲线53.1 温度曲线53.1.1 热电偶连接103.1.2 预热区133.1.3 保温区133.1.4 再流区133.1.5 冷却区 133.1.6 反向兼容的热曲线133.1.7 每种PWBA的独特的温度曲线143.1.8 助焊剂143.2 材料问题143.3 再流焊接143.3.1 实际的液相线以上时间（实际的TAL）153.4 设备设定163.4.1 再流焊炉的选择163.4.2 IR 与对流163.4.3 温区的
3、选择163.4.4 净高，传送带型号/宽度和边缘轨道支持 173.4.5 保护气体 173.4.6 温度曲线量测173.4.7 产品追踪器174汽相再渔温度曲线测量174.1 汽相再流焊195波峰焊温度曲线194.2 机器注意事项2（）4.3 传送带注意事项204.4 预热的注意事项214.5 焊料槽的注意事项214.6 温度曲线开发步骤214.7 群焊波峰焊设计的考虑226选择性!V接温度曲线测收226.1 焊料槽226.1.1 机器的注意事项236.1.2 预热的注意事项236.1.3 6料槽和喷嘴的注意事项 236.1.4 温度曲线开发步骤236.1.5 选择性焊接的可制造性设计（DFM
4、） 246.1.6 波峰焊和选择性焊接的热电偶连接246.2 选择性焊接的备选256.2.1 通孔内焊接 256.2.2 激光焊接257温度曲线记录工只267.1 产品温度曲线记录仪 267.1.1 温度曲线记录仪的使用建议277.1.2 温度曲线记录仪规格 277.1.3 隔热层277.1.4 统计过程控制（SPC） 27IPC-7S3OA CN2017年3月7.2 机台温度曲线记录仪277.2.1 目的277.2.2 测量参数287.2.3 机台验证287.2.4 连续实时对流焊炉记录仪297.3 热电偶种类及选择297.3.1 热电偶类型297.3.2 热电偶线标准297.33 绝缘性2
5、97.34 4线长307.4 热电偶结点307.5 校验和测试307.6 热电偶固定307.6.1 高温焊料 307.6.2 粘合剂307.6.3 铝/铜胶带 307.6.4 嵌入式热电偶317.6.5 导热粘合剂317.6.6 机械附着31S故障排除318.1 焊料再流缺陷318.1.1 空洞318.1.2 枕头效应（HoP） 328.1.3 桥连328.1.4 锡球338.1.5 冷焊/焊接不完全 338.1.6 锡球（挤压球） 348.1.7 焊料表面粗糙348.1.8 墓碑效应348.1.9 焊料芯吸 358.1.10 气孔/针孔358.1.11 缺陷的其它原因368.2 ：焊点接收/
6、拒收的标准368.3 :波峰焊缺陷的控制36图图1/SnZPb合金相图2图1-2焊锡糊状区3图3/温度曲线示意图7图3-2多个热电偶的SnZPb温度曲线 8图3-3单面PWBA的SAC3O5温度曲线（单面PWBA皮带速度为24英寸每分仲）8 图3-4双面板的SAC3O5温度曲线示例（速度为21英寸每分钟）9图3.5 （Rp）温度曲线（左）和（RSP）温度曲线（右）示例9图3-6板上具有大型和小型元器件，热电偶位置IO 图3-7热电偶在BGA上推荐位置IO图3-8例一内排和外排的热电偶-从BGA和其他元器件底部钻孔H图3-9例二内排和外排的热电偶一一从BGA和其它元器件底部钻孔12图310固化曲
7、线15图3/1液相时间延迟（LTD）在枕头效应中的作用15图3-12 TAL与实际的TAL对比15图4-1VPS温度曲线显示芯吸和分离 18图4-2类似于对流温度曲线的有预热的VPS温度曲线（时间为分钟）18图5-1双波峰焊温度曲线20图5-2顶部峰值预热温度21图5-3单波峰焊料槽群焊的温度曲线说明21IH 5-4双波峰焊料槽群焊的温度曲线说明 21图&1用于选拧件焊接的选择性焊接温度曲线图示24 图6-2波峰焊和选择性焊接的热电偶连接 24图7-1典型的温度曲线记录仪、热电偶、隔热层和载体26图7.2热电偶固定（焊锡法）30图7-3热电偶固定（粘合剂法）3（）图7，热电偶固定（胶带法）30
8、图8-1再流焊缺陷一空洞 31图8-2再流焊缺陷一枕头效应32图8-3再流焊缺陷一侨连32图84再流焊缺陷一锡球33图8-5再流焊缺陷一冷焊焊接不完全 33图8-6再流焊缺陷一锯球34图8-7再流焊缺陷一焊料表面粗槌 34图8.8再流焊缺陷-墓碑效应34图8-9再流焊缺陷一芯吸35图810再流焊缺陷一气孔，针孔 35表表3-1 SnfPb焊料介金，SAC305焊料介金和混合 合金温度曲线对比6表3-2 SAC合金，SnBi （低温）合金和含树脂的SnBi焊膏的曲线对比7表5/群焊参数汇总表22表6-1选择性波峰焊参数汇总24表8-1焊点缺陷的其它根本臊因36vii2017年3月IPC7530A
9、 CN群焊工艺温度曲线指南（再流焊和波峰焊）1艳圉本标准描述了温度曲线及其应用指南，旨在满足在群焊工艺中，包括但不限广再流焊和波峰焊，生成可 接受焊点的要求。温度曲线是个完整组装的卬制线路板组件（下方简称：PWBA）特定的温度相对时间的图形，使用有高 温焊料或铜带或铝带的热电偶附若在PWBA的代表性元器件上，在给定的皮带速度（即传送速度）条件 卜通过加热炉的不同温区或焊接系统。1.1 目的 本标准的目的是为开发温度曲线提供有效和实用的信息，以生产可接受的锯铅（SnPb）和无 铅的电子组件。本标准适用于管理人员，设计和工艺工程师以及负责群焊工艺的技术员。1.2 背景在群焊过程中，所有焊点均达到最
10、低焊接温度是重要的。最低焊接温度是确保焊料合金和被 焊基底金属之间形成冶金结合所需的最低温度。冶金结合要求被焊接的两表面以及焊料需达到最低焊接 温度并且维持充足的时间，以使焊料表面润湿并由一些基底金属和焊料合金中的一个或多个成分形成一 层金属间化合物。实际上，最低焊接温度是指稍微高于（25 C）焊料合金的液相线温度。一个给定的PWBA上的焊点， 其最终达到的最低焊接温度（通常在最高热量元器件的上方或下方）决定了一个给定的PWBA的焊接工 艺及焊接机器的温度曲线设置。对工艺工程师而言，开发一个好的温度曲线需要兼顾各方，也需要保证 更小的和温度敏感的元器件不会过热或受损。再流焊要求控制加热速率和随
11、后的冷却速率。无论如何，太快的加热速率会损坏PWBA和元器件。高的 冷却速率会损坏元器件及造成较大的温度梯度，导致PwBA和大元器件弯曲，以及焊点断裂。因此，适 当的温度曲线是确保高质量的焊点的要素。即使基r其热量的不同产品需要不同的热量输入，但是所有的产品必须在一个给定的时间范围内（温度 曲线）都需要达到最低温度（液相线以上温度）并且不超过最高温度（不能对任何元器件造成损伤）。这 是为每个产品开发特定曲线的关键原因。热量输入取决于每个温区的温度和气流量设定，温区数和每个温区都相同的皮带速度。在每个温区建立 最低温度，最高温度和持续时间以确保在元器件引线和它们相应的凌盖区域或连接盘形成金属间化
12、合物 结合。所有元器件，即使他们的热量不同，也都必须要满足相同的最低和最高的温度要求。开发一个温 度曲线最大的挑战是为一个既有非常大热量的元器件（例如：大型球形阵列封装（BGAD,也有非常小 热量的元器件（例如:0201或更小的片式电阻和电容）的PWBA开发温度曲线,因为需要兼顾各方。另外， 不同的加热和冷却速率会对不同的缺陷造成不同的影响，这会让平衡法变得更第杂。例如缓慢的加热速 率可以帮助减少BGA中的空洞，但是却会增加这个BGA发生枕头效应（HoP）的可能性。1.3 术语和定义除下列术语外，本标准所用术语及定义均符合IPC-T-50。1.3.1 温度曲线 一个完整组装的PWBA的特定的温
13、度相对时间的图形，使用有高温焊料或铜带或铝带 的热电偶附着在PWBA的代表性元器件上，在一个给定的皮带速度（即传送速度）通过加热炉的不同温 区或焊接系统。每个产品都需要特定的加热炉设定和皮带速度（程序）来达到该PWBA期望的温度曲线。IPC-7S3OA CN2017年3月温度曲线也被称为再流焊曲线，波峰焊曲线，选择焊曲线，激光焊曲线或其他焊接曲线。1.3.2 程庠基于一个产品的温度曲线之加热炉设置和传送速度的组合。有时也被称为再流焊程序。1.1.1 状区液相和固相之间的半流体状态，即焊锡开始凝固但是还没有完全变为固体或焊锡开始熔 化但还没有完全熔融的状态。图1显示了共晶温度，过热和糊状区。共晶
14、温度是合金可能熔融的嫌低温度，它比合金中任何一种金属 的熔点都低。尽管共晶合金是一种合金，但其性能与金属相似，因其只有一个熔点，如同金属一样。熔 点范围的大小取决于合金的组成。如图1-1所示，不管是共晶温度的左边或右边，糊状区都非常小，但糊 状区会随Sn或Pb含量的改变而有所增加。IPC-7530a-l-l-cn图1-1 SnPb合金相图A-焊料的液相区F-SnB-焊料的固相区G-再流焊焊接温度C-Sn,Pb共晶合金H-波峰焊焊接温度D-PbJ-温度CE-SnWl.% 含遗K-海度T如图1-2所示，为锯银铜（SAC）合金的相图。SAC合金对铜的亲和性会改变这个图中总的铜含量。图 中的X轴标示了
15、垂我百分比从0%3%的铜（CU）含量，Y轴标示了从0%8%的银（Ag）含量。因 为CU在这个合金组成中的溶解率，所以必须要对分析进行持续览控以保证良好的工艺控制。典型的SAC 合金有1%的CU和3.5%4%的Ag。不管怎样，包含3.5%Ag的SAC3O5是最常用的合金。考虑到高 成本和潜在的可靠性风险，很少使用4%的Ag。 一些移动应用设备使用1%的Ag来达到更好的机械冲击 和振动的可靠性。#S “a VMU Corneu bj Etoas” 了&力6IPC-753OA CN2017 年 3 月图1.2焊锡糊状区A- wt%AgB- wi% CuC工业上正在使用的合金成分区域.Ag的含量3.5
16、%4%, CU的含量0.5%0.7%, Sn余量D- Sn1.3.4 温升斜率温度的净变化量除以该区域的总时间。在焊接过程中，在不同的区域温升斜率是不同的（例如：预热区，恒温区，再流区和冷却区）。温升斜率 在预热区非常高，而在恒温区非常低。1.3.5 恒温（驻留）在再流焊工艺中，组件的时间/温度维持在一个低的温升斜率以使所有的元器件都 达到期望的稳定温度。在再流焊操作中，恒温（驻留）区还能确保焊膏在达到再流温度前充分干燥，它 还可以当作焊弯的助焊剂活化区。1.3.6 峰值整个制程中允许的最高温度。再流焊制程中的一部分，其温度足够高以使焊西再流。1.3.7 婚点焊料合金开始转变为液相的温度。1.
17、3.8 液Hl线合金全部转变为液相的最低温度。1.3.9 固相线合金全部转变为固相的最高温度。1.1.1 共晶 液相线和固相线相同。没有塑性区（材料不是液相也不是固相，但具有延展性）。1.3.11 液相线以上时间（TAL）焊料的TAL,用不同的液相线温度表示。温度越高，TAL越短。如未 提及特定的温度，TAL被看作是焊料熔点以上的时间.对于共晶合金，TAL和熔点以上的时间是相同的。对于非共晶合金，TAL比熔点以上的时间短。1.3.12 实际的TAL PWBA上的焊点在熔点以上温度的最短时间，或者也被称为所有焊点全部达到焊料 液相线以上的停留时间。对于热量较小的元器件,实际的TAL比TAL短。对
18、于BGA,实际的TAL比外围BGA焊球的TAL短, 其处于熔融状态下的时间比封装中心BGA焊球的时间更长。1.3.13 差值T （温度曲线或设备）在一个给定点上两秋或多次测量后最终的最大温差。1.3.14 相图 描述热力学不同阶段的平衡状态图，每个相都有其自身特有的物理，机械和电气性能。在 一个冶金系统（例如合金）中，相图表示温度和成分之间的关系。1.3.15 过热 再流焊峰值温度和合金液相线温度之间的温度差。SAC无铅合金的过热通常是约25 C, SnPb或其他低温无铅合金通常约30 C40o C01.3.16 冷却PWBA焊接后恢且到室温所必需的时间。1.3.17 预热焊接设备中的个区域，
19、其可以确定恒温前组件的温升斜率。它是-个将组件从室温加热 到恒温区域最初温度的曲线区间，可通过测量的曲线斜率来表征。1.3.18 -级红外主导辆射系统 主要依能红外（IR）辎射加热PWBA,很少或没有对流。1.3.19 二级对流/红外系统 通过不同比例的IR辐射和对流共同加热PWBA。1.3.20 三级对流主导系统主要依舞对流加热PWRA,很少或没行红外。1.3.21 曲线区间仙线被分为明、U的时间段，它们分别代表着热过程的不同部分.每一个区间都是以从 该区间选取的一个或多个测量数据为特征的（例如：温度，斜率或时间值）。1.3.22 再流程庠 见程序（1.3.2节）1.3.23 液相线时间延迟
20、（LTD）内球和外球变为液相的时间差。2适用文件2.1 IPC www.ipc.orgIPC-T-SO电子电路互连与封装术语及定义IPC-A-610电子组件的可接受性IPC-CA-82I General Requirements ibr Hicrmally Conductive Adhcsives1PC-2222刚性tT机卬制板设计分标准IPC7095 RGA设计与组装I：艺的实施IPC-7801再流焊炉工艺控制标准2017年3月IPC-753OA CN2.2 联合工业标准J-STD-OOI焊接的电气和电子组件要求J-STD-006电子焊接领域电子级焊料合金及含助焊剂与不含助焊剂的固体焊料的要
21、求J-STD-020非气密表面贴装器件潮湿/再流焊敏感度分级J-STD-075组装工艺中非IC电子元器件的分级2.3 JEDEC3.JEP 140 Beaded cnocouplc Temperature Measurement of Semiconductor Packages3对流四流曲线3.1 温度曲线焊接曲线，也被称为温度曲线，是制造工艺中能够显著地影响产品良率、质量和可靠性 的关健因素之一。传送带速度和温区温度是焊接曲线开发的两个变量。焊接炉温曲线不仅与特定产品有 关，同时也与助焊剂和焊料合金有关。不同的焊落需要不同的曲线以优化性能，所以在开发焊接曲线之 前咨询焊膏制造商是很重要的。
22、在开发焊接曲线时，实装PWBA对于曲线的开发是必要的。从给定的带速开始，便用热电偶监测PWBA 正面温度.大部分新式再流焊炉有内置热电偶和软件以记录温度曲线。同时，商业性的软件和硬件包使 得温度曲线开发更加简便。使用这样的曲线开发工具对SnPb和无铅组件一直是重要的。如今它十分关键，因为这类曲线工具被应用 每种产品以求达成较好的良率，而且不会超出不同类型元器件所要求的温度限制。表3-提供了 SnPb 和无铅组件以及混装组件的主要再流焊温度曲线（向后和向前兼容性曲线）。需要注意的是对于无铅焊料 和向前兼容性的仙线是相同的。表3-2提供了 SAC和低温含秘无铅合金的温度曲线。其他合金的温度曲 线可
23、以在J-STD-（XX）中找到。对于SnPb焊料，业界对该焊料成分一直有的共识是：Sn63 Pb37的共晶焊料，熔点为183 C。对于这种 成分，熔点（183 C）和峰值温度（210 C220。 C）之间Ijn艮大的温差。这个温差也被称为过热。其 在30 C40 C之间变化，所以它提供了 一个非常宽的工艺窗口（30。 C40 C）,所以，温度曲线的 开发也更容易。对于无铅组件，常用的SAC焊料包含了 3%4%的Ag, 0.5%0.7%的CU以及其余的Sn。这些合金 的熔点大约为220 C。一些元器件，如某些铝电解电容，它们有23OC以上的最高温度和耐受时间的限制。 另外的约束来自于低成木层压板
24、、塑料连接器和湿敏元器件。为了能适应这些限制，无铅组件的峰值温度应该保持在230 C245 C,变化量仅为15 C,它的确是 一个相当严格的工艺窗口。这比之前提及的SnPb组件的35 C的变化下降了约60%如果高热容战的大 型元器件和小型温敏元器件贴装于同电路板，则要满足己定义的工艺窗口温度曲线的开发难度会大大 增加，原因显而易见。高热容量的大型元器件需要更大的热输入，以满足峰值温度和TAL的工艺窗口耍 求。但是，较大的热输入可能导致小型、温敏元器件超出工艺窗口要求。要解决这个问题，必须有非常 严格的工艺控制而便整块PWBA的温差范围收窄。这个问题会与之后的向后兼容性问题,一些无铅元器件被用于
25、SnPb PWBA,叠加在一起。对于这样的情况， 曲线必须要同时满足Sn/Pb和无铅封装要求。2. www.ipc.org3. WwwjedeCorg表3.1 SnPbtV料合金，SAC3O5焊料合金和混合合金温度曲线对比曲线内容SnPb合金曲线混合/向后兼容曲 线无铅合金(SAC305) /向前 兼容曲线混合SAC合金(SAC305/SACIO5)曲线合金固相线温度I83C183217C220C2170C 227sC,目标合金峰值温度范围2I0C 2206C228- 232：235C 245C240 C 245 C绝对酸小再流峰值温度205 C228 Y230 C235 元器件升温斜率24。
26、C 每秒24C每秒42C4每秒24。C每秒元器件降温斜率26每秒26每秒2C6每秒26每秒保湿或便热活化温度IOOiC- I5OC100。C I5OC1150。 C 2004150C-200C4保温或佳热活化时间60秒120秒60秒120秒60秒150秒60秒150秒液相线以上持续时间60秒90秒6()秒9()秒60秒90秒60秒9()秒峰值温度持续时间最多2()秒最少20秒最多2()秒最少2()秒所用焊音SnPbSnPb无铅(SC3O5)无铅(SAC3O5)SMT元器件类型所有的SMT类 SnPb和无铅元器 件，但无铅BGA焊球除外所有的SMT类 SnPb和无铅元器 件，包括SAC无 铅BG
27、A焊球所有元器件包括 BGA都是无铅， 包括含有SAC3O5 无铅BGA焊球的BGA所有元器件，包括BGA 都是无铅，但是是含有 SAC105无铅BGA焊球的 BGA,而非含方SAC305 的BGA焊球采用此峰值温度的理由无错表面处理 的BGA器件在 205C熔化没有 问题。所有的SnPb表 面处理都含有 90%的锡:无铅 表面处理接近含 有1%的锡， 并含有一些其他 无铅元素，如锦需要采用一个折中 的温度，使SnPb 元器件不过度受 热，具有2 C 220的熔点的无 铅SAC BGA焊球 能熔化，塌陷.并 完全与SnPb焊膏 熔融。较低的峰值温度 可能会引起SAC BGA焊球不熔化 或只部分
28、熔化.增 加HoP、开路发生 率以及较差的可靠 性.所有的元SS件都是 无铅的，可以承受 更高的温度.然而太高的峰值温 度可能引起BGA 球脱落，开路，退 润湿和PWBA翘 曲。同时为了进行 MSL等级评价， 大BGA器件要在 最高245。C温度下 测试。所有的元器件都是无铅 的，可以承受更高的温度 熔点为227C的无铅SAC BGA可以熔化，塌陷，并 完全与SAC3O5岸膏熔融。 较低的峰值温度可能会引 起SAClO5 BGA焊球部分 熔化，这会增加HoP,开 路发生率以及较差的可学 性。然而太高的峰值温度可能 引起BAG球脱落，开路， 退润湿和PWBA翘曲 同时为了进行MSL等级 评价，大
29、BGA要在最高 245。Cifl度下测试.注1.当使用熔点为227的SAC105 BGA焊球和熔点为217。C220的SAC3O5焊音时注2.关于混合合金/向后兼容焊接详见IPC-7095注3. PWBA上的最低温度注4.与元器件和/或焊行供应商确认表3.2 SAC合金. SnBi （低温）合金和含树脂的SnBi焊膏的曲线对比曲线内容SAC305焊膏圜度曲线SnBi低温焊布温度曲线含树脂的SnBi低温饵膏沮度曲线合金固相线温度2l7oC-220C139 C 140139C 140目标合金峰值温度范围235C 245C160C200C160C 180绝对最小再流峰值温度1230 160cC160
30、C元器件升温斜率24每秒21。C3每秒22。C4。C每秒2元器件降温斜率26C每秒22。C6每秒2C6C每秒2保温或预热活化温度15()。C 200YI(X)oC- 120保温或预热活化时间60秒120秒30秒90秒2无（防止树脂过早固化）液相线以卜.持续时间60秒90秒30秒90秒260秒210秒峰值温度持续时间最多20秒最多20秒变量后再流树脂固化温度N/AN/A125C 13OC后再流树脂固化时间N/AN/A130 秒 240 秒、所用焊膏无铅（SAC3O5）焊者不含树脂的SnBi （共晶或非共晶）低温焊膏含树脂的SnBi （共晶或非共晶）低温焊膏SMT元M件类型所有元器件，包括无铅 B
31、GA,包括有 SAC3O5 无铅BGA焊球的 BGA 所有元器件，包括无铅 BGA,包括有 SAC3O5 无铅BGA焊球的BGA。 禁止使用有SnPb焊料球 的 BGAe所有元器件，包括无铅BGA,包 括有SAC合金的无铅BGA焊球 的 BGA。禁止使用有SnPb焊料球的BGA。注1. PWBA上温度最低的元器件注2.与元器件和或焊膏供应商确认注3. 一些含树脂的焊方需要延长混度曲线中再流阶段的时间来固化树脂：其他的使用温度曲线中的TAL阶段固化树膈.图3-1所示为温度曲线示意图。图3-2所示为SnPb 温度曲线的实例。图3-3所示为以24英寸每分钟速 度移动的单面板的SAC3O5的温度曲线。
32、图3-4所示 为与图33相同的PWBA,但它是双面板。注意,几 乎是相同的炉温，但是速度更低，为21英寸每分钟。图3-1温度曲线示意图A-温度B-时间C-合金液相线温度D-便热坡度=Jfi升斜率 &预热驻用=恒温时间 F-液相线以上时间G-峰他温度=组件鼓高沿度7IPC-7S3OA CN2017年3月图3.2多个热电偶的SnPb温度曲线图3.3单面PWBA的SC305温度曲线（单面PWBA皮带速度为24英寸每分钟）2017年3月IPC-753OA CN图3T 双面板的SAC305温度曲线示例（速度为21英j每分仲）最主要有两种类型的温度曲线升温-保温-峰值（RSP）（图3-5,右图）升温到峰值
33、（RP）（图3-5,左图）这两种温度曲线的最主要区别是RP温度曲线中没有恒温区。在RSP温度曲线中使用恒温区可以使 PWBA上的温度更均匀，它对实现含有大的热量差的不同元器件的PWBA的温度均一性非常有帮助。 RSP温度曲线也使焊点中更易于实现更少信的空洞，特别是在BGA中。RP温度曲线可能会增加焊点中 空洞的发生率，但是它会降低BGA中HOP的发生率，HoP是一个非常严垂的缺陷。空洞的发生，尤其 是低于IPC-A-610的限制要求时，不是产品可靠性的主要考虑因索。图3.5 （RP）温度曲线（左）和（RSP）温度曲线（石）示例A-温度 B-时间在温度曲线中主要有四个区间，在3.1.2节3.1.
34、5节中进行描述。9IPC-7S3OA CN2017年3月图36板上具有大型和小型元器件，热电儡位置3.1.1 热电偶连接 图3-6展示了电路板上推荐 的热电偶位宣。将热电偶连接到小型和大型元器 件的焊点是很重要的。对于BGA,将热电偶粘 贴在封装上面也是很重要的。在开发任何炉温曲线时，使用正确的热电偶是 很重要的。应该使用导体型号为36美国线规 (AWG)的K型热电偶，因为较粗的热电偶导体 有较多散热并影响温度数值的读取。为保证良好的精确度，热电偶导体长度不应该超过91Cm 35.8in。同样为了保证精确度，热电偶的接合点必须焊接。 不能使用绞合、压接或者软钎焊。当使用高温胶带诸如聚酰亚胺或铝
35、制胶带时应该小心。胶带在再流焊过程中有变松的倾向，这样系统测 量的是炉子中空气的温度而非焊点的温度。确认胶带良好接触很重要，也可使用高温焊料或导热粘合剂将 热电偶连接至焊点匕使用胶带的一个优点是热电偶不会受损害而能被重兜使用。图3.7热电偶住BGA上推存位置对于元器件引线朝下封装的组件，峰值温度读数 应该从固定在封装中心或接近中心的热电偶中选 取。在某些情况卜，向封装中钻孔对一些先进结 构(2D/3D组件或有集成散热片或散热器的组件) 来说是必要的。对于引线朝上的封装，推荐参考 引线朝下封装2。C以内的温度确定峰值温度。热电偶的使用参见JEPl40。应该连接46个热 电偶到各种元器件位置，以代
36、表最低热容至最高热容区，包括至少两个热电偶用于BGA。图3-7显示了 BGA上热电偶的位置。使用高温焊锡或导热胶将热电偶固定在焊点上是非常好的方法。如果由于材料的可用性和焊接困难导致 高温焊料不能选择，那么可以选择铝带和铜带。对于BGA,如图3-8和图3-9所示，在内排和外排焊盘位置的印制板背面上钻孔，并将热电偶推到接近 印制板正面以正确测5t BGA焊球温度。内排和外排BGA焊球的温差应该在2C以内。适当的热电偶固定对保证温度测量的准确性至关重要。有多种方法可将热电偶连接到组件上测量温度曲 线。IO2017年3月IPC-753OA CNS “a ioau Cornej Etoas” 了&力6
37、IpC-7530a-3-8-cn图3-8例一内措和外排的热电儡一从BGA和其他元器件底部钻孔IlIpC753O CN20门年3月#图3-9例二内排和外排的热电偶一从BGA和其他元器件底部钻北2017年3月IPC-753OA CN3.1.2 预热区预热区域的温度范围为30。C175。C,许多元器件供应商通常建议将温度上升速率设置为每 秒2十每秒4以避免对温敏元器件造成热冲击。这样的规范被认为是保守的，因为一些电容是波峰焊接的， 期间它们经历了从预热温度将近20nC至波峰焊料槽温度26OaC的温升。快速的温升速率会堵加产生焊料球 的可能性或概率，所以应该尽可能保持低温升率：无论如何，应该考虑组件中
38、最敏感元器件可接受的温升速率。3.1.3 保温区保温区的作用是将整块电路板的温度提升至个统的温度。该区域（对于SnPb焊料为 100。CI8O。C,对于无铅焊料为140。C220。C）的温升斜率会更低。保温区也可作为焊甘中助焊剂 活化区。保温区温度过高的后果是： 焊料球 由于焊音过度氧化导致的焊料飞溅 消耗助焊剂的活化能力长保温区的目的是减少空洞，特别是BGA中的。不使用保温区而使温度稳定地从预热区温度上升至再流 峰值温度也是常见的做法。但当温度稳定爬升至再流峰值温度时，出现空洞的可能性会增加。3.1.4 再流区再流区域的峰值温度应该足够高，以获得良好润湿，并产生牢固的冶金结合。但是其温 度也
39、不应该高至导致元器件或PWBA损坏或变色，或更严重的分层或PWBA烧焦。过低的温度，可能会导致冷焊和颗粒状焊点、焊料不熔融或差的金属间连接。如表3-1所示，此区域的峰 值温度对于锡铅合金来说应该维持在21022OcC,对于无铅合金来说应该维持在230245oCo 液相线以上时间（TAL）应该为60秒9（）秒，但更接近于6（）秒。高于焊料熔点或TAL的持续时间过长 会损坏温敏元器件。它也会导致过多的金属间化合物生长使得焊点脆化，并且降低了焊点的耐疲劳性。3.1.5 冷却区 大部分组件典型的冷却速率为每秒4每秒6C,这主要是基于产量和锡铅金属间化合物厚 度的考虑。随着转化为无铅焊料，由于SAC焊料
40、刚性的增加以及层压板抗弯曲能力和断裂韧性能下降，焊盘坑 裂缺陷会变得更加频繁。焊盘坑裂可在再流焊工艺后被直接识别，这也催生了设计儿个实验以理解冷却速率的 影响。在如封装翘曲等其他缺陷中，焊盘坑裂是许多公司选用更低温度的含强无铅焊料的原因之（见表1）。 在冷却阶段，不同的材料会以不同的速率冷却。通常来说BGA封装会比焊点冷却得快且比PWB快得多。 这种冷却上的差异会造成互连的薄弱位置，BGA连接盘下的层压板处产生机械应变。通过大幅度地减少 冷却速率到低至1.5,所有材料的冷却速率会变得更慢，于是层压板上的应变会减少。由联合会完成的实验工作表明，冷却速率下降既不会对焊点金属间化合物也不会对焊点晶粒
41、结构呈现负 面影响。如果在再流饵之后焊盘坑裂立即被发现或可确定组件有发生坑裂的风险，则应该减小PWBA的 冷却速率以减小应变。3.1.6 反向兼容的热曲线在处理一些无铅元器件用在书要的SnPbPWBA上的反向兼容性问题时，开发温度曲线会变得困难。反向 兼容性是某些元器件只能买到无铅表面处理的情况。产生这种情况是因为，对许多元器件供应商而言同 -元器件同时要提供无铅和SnPb两种版本可能是不经济的。大部分SnPb元器件的表面处理包含85%的 锡和约15%的铅。当使用无铅表面处理的有引线组件，例如小外形集成电路（SOIC）、塑封引线芯片载体（PLCC）或者其他密 节距元器件时不会有问题。当在主要的
42、SnPb PWBA上使用无铅BGA时会产生实际问题。如果所用的SnPb温 度曲线的峰值温度为220,无铅BGA焊球根本没再流或者只有部分再流，造成严重的焊点可靠性问题。如果SnPb元器件与某些无铅BGA在同一再流焊炉进行焊接（因为买不到SnPb版本的BGA）,必须采用 对SnPb元器件不造成损害且同时可保证无铅BGA充分再流的峰值温度。使用SnPb焊膏是合理的，因为13IPC-7S3OA CN2017年3月电路板上的大部分元器件都是基于SnPb饵料的。如表3-1所示，2I（C220C的峰值温度适用于SnPb材 料但对于熔点为21722IC的无铅BGA焊球来说是不足够的。但228C232的峰值温
43、度、液相线 上时间或TAL为60秒90秒时，足以再流无铅BGA,而不会严重损害同一电路板上的所有SnPb元器件。如果228C232严格的再流温度范围难以达到，但为了在向后兼容性情况卜能同时焊接SnPb和无铅 BGA,在其他锡铅兀黑件在对流再流焊炉中焊接后，考虑用选择性激光焊接无铅BGA,或者寻找SnPb 焊球的BGA替代资源。3.1.7 年种PWBA的独特的温度曲线 每种独特的PWBA都需要开发温度曲线，以丧明板上全部位置 满足各种要求而能产出可接受的焊点。单个程序对不同、独特的PWBA可生成差异很大的温度曲线。有 一些误解认为一个焊炉的温度曲线适用于所有PWBA,因此不需要对每个PWBA开发
44、独特的温度曲线。 这显然是错误的，因为每个PwBA都有特定的热容量或不同的加载状态（当板子装入炉中时彼此之间的 距离）。一个双面PWBA,取决于元器件布局和铜平面的分布，每面需要有不同的温度曲线。许多PWBA 的温度曲线看上去可能相同，但是通常需耍不同的机器程序来生成这些类似的温度曲线。通常有少量的 标准机器程序，但是必须要明确特定程序产生的温度曲线是可接受的。关于混合合金BGA焊接（向后兼 容和向前兼容）的更多详细信息见IpC-7095。一旦程序已被优化而生成所需的温度曲线，建议制造一块带布锡膏和元器件的实际产品PWBA用于再流 焊。再流焊后检会焊点的质量以确认各种元器件的焊点是否都满足IpC-A-610的耍求和其他任何客户的 特定要求。PWBA仅某个区域中随机问题可能与可饵性有关。PWBA某个特定区域一致的问题则可能与 焊接温度曲线有关，原因为不均匀受热（板子温差大）、锡膏的质量和连接盘图形设计。一旦程序己提供想要的结果（假设设计和其他材料变量已最优化），记录该程序。在此之后，不允许更改 该程序及据此生成的温度曲线。3.1