在PCBA加工與SMT貼片工藝中，回流焊是一個關鍵環(huán)節(jié)，其溫度曲線的設置對焊接質量有著至關重要的影響。而不同的PCB板材因其材料特性不同，在回流焊時所需的溫度曲線也會存在差異，以下是詳細介紹。

一、常見PCB板材類型

1. 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)氧樹脂復合而成，玻璃化轉變溫度（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熱區(qū)、保溫區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)。

   • 預熱區(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，同時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℃，停留時間約為 60 - 120s。這個階段主要是使 PCB 板材和元器件的溫度趨于均勻，助焊劑進一步活化，去除氧化膜等雜質，為后續(xù)的焊接做準備。

   • 回流區(qū)的峰值溫度一般在 210 - 230℃，回流時間約為 30 - 60s。在這個階段，焊膏中的錫膏達到熔點并形成焊點，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，使焊點能夠快速冷卻固化，形成良好的焊點形狀和性能。如果冷卻速度過慢，可能會導致焊點出現(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力損壞。

2. CEM - 1 板材

   • CEM - 1 是一種復合基材，主要由紙質玻璃布與環(huán)氧樹脂復合而成。與 FR - 4 相比，其機械強度和耐熱性稍低，玻璃化轉變溫度（Tg）一般在 120 - 140℃左右。

   • 其回流焊溫度曲線的預熱區(qū)溫度上升速率可適當降低至 0.5 - 2℃/s，因為 CEM - 1 板材的熱傳導性相對較差，過快的升溫速率可能導致板材內部應力集中。預熱溫度范圍在 40 - 130℃，保溫時間可延長至 90 - 150s，以確保板材和元器件充分預熱，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℃，回流時間約為 40 - 80s。由于 CEM - 1 板材的耐熱性較低，在設置回流溫度時要避免過高溫度對板材造成損壞。同時，其熱容量相對 FR - 4 較小，在回流區(qū)的升溫速度可以適當加快，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，可適當降低降溫速率，以減少因快速冷卻對 CEM - 1 板材產(chǎn)生的熱應力。

3. 鋁基板

   • 鋁基板是一種以鋁合金作為基材的 PCB，具有良好的導熱性和散熱性。其導熱系數(shù)通?？蛇_ 80 - 200W/m?K，遠高于 FR - 4 和 CEM - 1 板材。這種特性使得鋁基板在回流焊過程中對熱量的傳導和分布與普通板材有很大不同。

   • 預熱區(qū)的溫度上升速率一般在 2 - 4℃/s，溫度范圍在 60 - 160℃。由于鋁基板的導熱性好，在預熱階段可以較快地升溫，使整個板材均勻受熱。同時，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℃，停留時間約為 30 - 90s。在這個階段，主要是使鋁基板和元器件的溫度達到平衡，助焊劑充分活化，去除氧化膜等雜質。由于鋁基板的散熱快，保溫時間相對較短，以防止熱量過度散失導致溫度不足。

   • 回流區(qū)的峰值溫度一般在 220 - 250℃，回流時間約為 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，同時其良好的導熱性也使得熱量能夠快速傳遞到焊點部位。但由于鋁基板的導熱性，過高的溫度也可能導致熱量傳遞到不應被加熱的區(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組織，提高焊點的機械強度和可靠性。同時，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

1. 材料的熱性能差異

   • 熱導率不同：FR - 4 和 CEM - 1 的熱導率較低，熱量在板材內部的傳導相對較慢。在回流焊過程中，需要較長的預熱和保溫時間來使整個板材和元器件達到合適的焊接溫度。而鋁基板熱導率高，熱量能夠快速傳導，因此預熱和保溫時間相對較短，但在回流區(qū)需要更高的峰值溫度來確保焊點充分熔化。

   • 玻璃化轉變溫度（Tg）不同：Tg 是材料從玻璃態(tài)轉變?yōu)楦邚棏B(tài)的溫度。FR - 4 和 CEM - 1 的 Tg 較低，在接近 Tg 時，材料的機械性能和尺寸穩(wěn)定性會發(fā)生變化。在設置回流焊溫度曲線時，要避免長時間處于 Tg 附近溫度，以免導致板材變形等問題。

2. 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，峰值溫度可以設置在較高范圍。而 CEM - 1 板材耐熱性稍差，過高的溫度可能導致板材分層、起泡等質量問題，因此其回流焊溫度峰值相對較低。

3. 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。在回流焊預熱和回流區(qū)，需要設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。而 CEM - 1 板材熱容量相對較小，在相同的熱量輸入下，溫度上升速度較快，因此在預熱和回流區(qū)的溫度設置和時間控制上需要更謹慎，避免溫度過高。

三、回流焊溫度曲線差異對PCBA加工和SMT貼片的影響

1. 對焊接質量的影響

   • 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。如果溫度曲線設置不當，可能會導致虛焊、橋連、冷焊等焊接缺陷。例如，對于 FR - 4 板材，如果預熱不足，焊膏中的溶劑揮發(fā)不充分，在回流區(qū)可能會產(chǎn)生爆珠現(xiàn)象，導致焊接不牢固。對于鋁基板，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；而峰值溫度過高，則可能損壞鋁基板上的元器件。

2. 對元器件的影響

   • 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，較長的保溫時間和較高的回流溫度可能對耐熱性較差的元器件造成損壞。而對于鋁基板，其良好的導熱性可能導致熱量快速傳遞到元器件引腳，如果溫度曲線控制不當，也會對元器件的可靠性產(chǎn)生影響。

3. 對生產(chǎn)效率的影響

   • 溫度曲線的設置會影響回流焊的生產(chǎn)節(jié)拍。較長的預熱和保溫時間會降低生產(chǎn)效率，而過快的升溫速率可能導致焊接質量下降，增加返工率。例如，CEM - 1 板材由于其預熱和保溫時間較長，在批量生產(chǎn)時可能需要優(yōu)化溫度曲線，以在保證焊接質量的前提下提高生產(chǎn)效率。

總之，在PCBA加工和SMT貼片過程中，根據(jù)不同的 PCB板材設置合適的回流焊溫度曲線至關重要。了解各種板材的特性，合理調整溫度曲線參數(shù)，能夠有效提高焊接質量，保證產(chǎn)品的可靠性和生產(chǎn)效率。

因設備、物料、生產(chǎn)工藝等不同因素，內容僅供參考。了解更多smt貼片加工知識，歡迎訪問深圳smt貼片加工廠-1943科技。