回流焊接温度曲线的设计是SMT工艺工程师最重要的工作之一，但据
笔者了解，许多制造商的温度曲线都是根据焊膏供应商提供的参数设
计的，这也是目前业界较为普遍的做法。这一做法的好处在于可以充
分利用焊膏供应商的经验，不足之处是对不同印制电路板组件
（PCBA）之间热特性的差异考虑不充分，而这恰恰是影响焊接质量最
主要的因素之一。在本文中，笔者将结合一些案例对温度曲线的设计
做一些定性分析，供读者参考。
回流焊的加热过程
在SMT的发展过程中，回流焊设备先后经过了气相回流焊、热板回流
焊、红外回流焊和热风回流焊等几个发展阶段。气相回流焊、热板回
流焊基本没有被广泛使用，红外回流焊也仅仅使用了几年的时间，二
十世纪八十年代后期基本就以热风回流焊为主了。
红外回流焊主要依靠红外线进行加热，由于红外线的颜色效应，使得
PCBA上不同部位存在较大的温度差。为了减少焊接过程中PCBA的温
度不均匀性，多使用 “Ramp-Soak-Spike”型的温度曲线，如图1所示，现
在多把它称为传统型温度曲线。而随着全热风回流焊设备的使用，由
于加热效率的提升和温度差的减小，逐渐改为“Ramp-Spike”型的温度曲
线，如图2所示，这种形状的温度曲线也被称为“帐篷”型温度曲线。
全热风回流焊设备，尽管品牌很多，结构各异，但热风的循环方式基
本一样，都是从风口板吹出，再从炉子前后回去，如图3所示。
PCBA的受热过程一般为先表面后内部。具体来讲，就是回流焊设备
将热空气吹到PCBA的表面，使其表面被加热，再通过传导的方式把
热量传递到PCBA内部，如图4所示。显而易见，由于PCBA元器件布
局的不均以及元器件封装大小的不同，在加热的起始过程，PCB和元
器件各部位的温度存在着差异，而这一差异会引起PCB和元器件封装
体的热变形以及各焊点上焊膏开始熔化时间的不一致。热变形会导致
热应力的产生，焊膏熔化时间的不同会导致焊接时间的变长；这两点
是PCBA回流焊接与单焊点焊接（如可焊性测试）、波峰焊接的最大不
同，也是回流焊接必须根据PCBA热特性设置温度曲线的原因所在。
回流焊接中，焊膏的热过程与元器件的热变形过程是比较复杂的，特
别是焊膏的热过程，至今也有些问题还没有完全搞清楚。但根据一般
的经验，我们可以把它分为5个阶段：即预热升温→预热保温→焊接升
温→焊接→冷却，如图5所示。
下面我们对各个阶段进行一下具体分析：
预热（升温和保温）阶段：传统式的温度曲线有明显的两个阶段（升
温、均温），而“帐篷”型的温度曲线基本是一个缓慢的升温过程。不论
是哪种曲线，预热过程主要解决三个问题：使大部分溶剂挥发，助焊
剂活化和去除被焊接面的氧化物，使PCBA在焊接升温前达到热平衡。
这个阶段温度曲线的设计，主要考虑的是PCBA的热平衡问题和焊膏的
飞溅问题。
焊接升温阶段：一些问题容易被忽略，但事实上对焊接质量的影响还
是比较大的，比如立碑、芯吸、焊剂飞溅等缺陷大都发生在此阶段；
特别是在无铅焊接工艺条件下，更是如此！从减少焊接缺陷的角度，
我们希望这个阶段的升温速度越小越好。
焊接阶段：主要完成三项任务：所有焊点达到焊接需要的最低温度；
焊料与被焊材料元素扩散，形成金属间化合物（IMC）；大尺寸元件
达到热平衡，减少冷却后焊点的应力。完成这三项任务需要的条件就
是焊接的峰值温度与时间必须足够。回流焊接大部分的缺陷产生都在
这个阶段，具体来说就是温度和时间设置上存在问题。
冷却阶段：对焊点的组织形态有很大的影响。我们知道，金属的凝固
速度越小，其晶体组织越粗，性能也越差。根据有关的文献介绍，合
适的冷却速率大概为3～6℃/秒；但实际上，大部分靠过滤焊剂后的回
用风进行冷却的回流焊炉，其最大冷却速率也就是2℃/秒左右。
温度曲线的设计
温度曲线的设计,主要依据焊膏的性能和PCBA的热特性来进行。设计的
核心就是确定焊接的峰值温度和焊接时间。
焊膏的性能决定了焊膏熔化的温度，不同的封装和元器件布局决定了
焊接的峰值温度与需要的时间。一般来说，大尺寸的BGA、密集芯片
布局、镜像芯片布局，以及带吸装盖的连接器等，对焊接峰值温度和
焊接时间影响比较大，需要加以特别考虑，如图6所示。
p>对单焊点的焊接，并不需要很长的时间，3～5秒即 可；但对PCBA的
焊接，我们必须确保所有的焊点达到焊接所需要的最低温度和确保热
平衡需要的时间。一般而言，手机板比较薄，上面也没有大热容量的
元器件，35～60秒图6：温度曲线的设计考虑的焊接时间即可获得良好
的焊点；对装有大尺寸BGA的PCBA，使所有焊点达到所需的峰值温度
，一般需要60～80秒的焊接时间；而对像POP类的器件，必须给予足够
的焊接时间，以便所有芯片达到热平衡。
锡铅焊膏焊接无铅BGA温度曲线的设计
在锡铅向无铅转换进程中，一些产品仍然采用锡铅工艺，但采购的元
器件很多已经无铅化了，这就出现了一种锡铅无铅混合工艺。对非
BGA封装的无铅元件，一般采用锡铅工艺不会有问题，但对无铅BGA
来说，就会产生问题。用锡铅焊膏焊接无铅BGA已经成为一个比较特
殊的工艺。
BGA的焊接与其它封装有两点不同，即二次塌落和二次热变形现象。
为了保证无铅BGA的二次塌落，焊接的温度必须足够的高，必须大于
二次塌落和焊球与焊膏融合的最低温度。据一些文献报道，如果BGA
的焊球为SAC305，最低温度大约在228～230℃左右；若希望形成良好
的焊点，实际的焊接温度必须高于这个最低的温度，如235～240℃。
要消除焊接过程中热变形对焊点的影响，必须确保冷却前BGA封装的
热平衡，这就需要一定的焊接时间保证。
因此，用锡铅焊膏焊接无铅BGA，决不能采用一般的锡铅焊接工艺条
件。用锡铅焊膏焊接无铅BGA，实际上是锡铅焊膏无铅工艺条件下的
焊接工艺，是一种特殊的工艺。之所以特殊，是因为焊接使用的峰值
温度与焊接时间均不同于一般的锡铅焊接工艺条件。
图7所示PCBA采用的就是这种混合工艺，BGA焊球为SAC305，采用的
焊膏为共晶锡铅合金。由于焊接的温度不够，焊接后焊球与焊盘不能
融合（见图8）。
