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回流焊（Reflow Soldering）筆記

主要結論： 回流焊是SMT製程中最常用的自動化焊接方式，適合大批量、高密度、高精度的表面貼裝元件。

目錄

一、原理與流程

  1. PCB上印刷錫膏
  2. 貼裝元件
  3. 經過回流爐的四大區段：
    • 預熱／保溫（Preheat/Soak）：活化助焊劑、均勻升溫
    • 液相（Above Liquidus）：錫膏熔化並潤濕焊盤與端子
    • 峰值（Peak）：達最大溫度以形成可靠焊點
    • 降溫（Cooling）：控制冷卻速率，避免熱應力

二、溫度區段與標準

依照IPC/JEDEC J-STD-020分類剖面，分Sn–Pb與Pb-Free兩種流程參數：

區段 參數說明 Sn–Pb 組裝 Pb-Free 組裝
預熱／保溫 Tsmin → Tsmax；時長 ts；升溫速率 100 °C → 150 °C；60–120 s；≤3 °C/s 150 °C → 200 °C；60–180 s；≤3 °C/s
液相 液相溫度 TL；維持時間 tL 183 °C；60–150 s 217 °C；60–150 s
峰值 峰值溫度 Tp；tp (±5 °C內) 10–30 s 20–40 s
降溫 最大降溫速率；總時長 ≤6 °C/s；≤6 min ≤6 °C/s；≤8 min

分類溫度 Tc（使用者最高）

Table 2A：Sn–Pb 組裝

封裝厚度 體積 < 350 mm³ 體積 ≥ 350 mm³
< 2.5 mm 235 °C 220 °C
≥ 2.5 mm 220 °C 220 °C

Table 2B：Pb-Free 組裝

封裝厚度 < 350 mm³ 350–2000 mm³ > 2000 mm³
< 1.6 mm 260 °C 260 °C 260 °C
1.6–2.5 mm 260 °C 250 °C 245 °C
> 2.5 mm 260 °C 245 °C 245 °C

三、曲線設計要點

  • 溫度均勻性：PCB上各測點ΔT ≤ ±5 °C
  • 助焊劑活化：保溫區段至少60 s，確保氧化物剝除
  • 升／降溫速率：推薦2–3 °C/s；降溫速率≤6 °C/s
  • 峰值保持：Tp ± 5 °C內維持tp，以確保潤濕與冶金結合
  • 混裝考量：若多種元件同爐，峰值不可超過最低Tc

四、典型範例曲線（Pb-Free）

階段 溫度範圍 持續時間 升／降溫速率
預熱 150 °C → 190 °C 60–120 s 0.75–2 °C/s
保溫 180 °C → 217 °C 60–120 s 0.5–1 °C/s
峰值 260 °C Peak 20–40 s ≤3 °C/s
冷卻 260 °C → 75 °C — 1.5–4 °C/s

僅做快速調機參考，實際以J-STD-020 Tc表及錫膏供應商推薦為準。

五、驗證與優化

  1. 熱電偶實測：於PCB關鍵位置貼片，使用DATAPAQ等系統測得實際曲線。
  2. 品質檢查：透過X-section分析焊點形貌與共晶層厚度。
  3. 迭代調整：依PCB基材、元件分布、助焊膏特性微調各段參數。
  4. 記錄與管控：建立DPM（Daily Process Monitoring），持續監控曲線符合度。
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