PWI 製程窗口指數怎麼看：搭配 TAL 液相線以上時間與 RSS、RTS 曲線形狀 – 嘉鴻來幫忙
PWI（製程窗口指數）是把曲線上的每一項統計量（升溫斜率、恆溫時間、液相線以上時間 TAL、峰值溫度）各自換算成「離窗口中心多遠」的百分比，再取絕對值居首的一項當總值（這是我們的讀法）：絕對值低於 100% 代表在窗口內，越接近 0 餘裕越大；絕對值達 100% 以上（例如 +120% 或 −190%）代表至少有一項超出窗口。TAL 是其中一項；RSS（馬鞍型）與 RTS（斜升型）則是曲線的兩種形狀，差別在於有沒有恆溫段。這篇用一份內部爐溫報告的實例，把三者放在一起讀。
熱電偶放在哪裡、測溫板怎麼做，不在這篇範圍；這篇只談 PWI、TAL、RSS 與 RTS。內部資料已去掉公司名、人名與料號；外部資料與讀到的程度，見文末〈這篇文章的限制〉。
一、PWI 是什麼、數字多少算過關
問：PWI 是什麼？數字多少算過關？
答：PWI 把每一項統計量換成「離窗口中心多遠」的百分比，取絕對值居首的一項當總值；絕對值低於 100% 在窗口內，越接近 0 餘裕越大，100% 以上就是至少有一項超出。爐溫測試儀廠商 KIC 的說明頁（賣儀器的廠商，有立場）這樣寫：用資料記錄器量一條曲線，PWI 用單一數字描述這條曲線和製程窗口的關係；它是所有熱電偶、所有統計量裡「墊底（較高）」的那一個，例如 3 支熱電偶各 4 項統計量，共 12 個數字，取墊底的；100 以上超出規格，低於 100 在規格內。頁面文字大意是把量到的值和上下限的平均比較，再除以範圍；公式本身是圖片，我們沒有讀到。維基百科的Process window index 條目補了刻度：窗口中心是 0，邊緣是 ±99%；99% 代表曲線剛好壓在窗口邊緣，100% 以上代表沒有在規格內處理。KIC 把每一項當成「用掉窗口的百分比」，頁面沒有提到負值；維基百科的例子帶正負號，正負只表示偏向窗口的哪一側。兩頁都寫「較高（highest）」，字面上負值不會被選中，所以我們讀成取絕對值。
兩個頁面的公式都是圖片，我們沒有讀到；維基百科的例子是：窗口 180～220 °C、平均 200 °C，量到 188 °C，PWI 為 −60%。照這個例子，我們的讀法是：單項 PWI ＝（實測值 − 窗口中心）÷（窗口寬度的一半）× 100%。維基百科的算式用的是平均值，例子裡的平均值剛好等於窗口中心；窗口不對稱時怎麼算，兩頁沒寫。例子的 −60% 若邊緣嚴格是 99%，會是約 −59%，在四捨五入的範圍內。KIC 的頁面把 100% 當超出的界線、維基百科把窗口邊緣寫成 99%，差 1%，兩頁都沒說明原因，我們不判斷。
| 單項 PWI | 意思 |
|---|---|
| 0% | 剛好在窗口中心 |
| −60%（窗口 180～220 °C，量到 188 °C） | 在窗口內，偏向下限那一側 |
| 99%～100% | 壓在窗口邊緣 |
| 大於 100%，或小於 −100% | 超出窗口（負值超過 −100% 是低於下限，這是我們的讀法） |
負值怎麼取總值，兩個頁面都沒寫，「看絕對值居首那項」是我們的判斷，不是兩頁的原文。下一節的內部報告把峰值低於下限的項目列成負百分比（約 −190～−170%），報告沒有下結論；我們判斷它屬於超出（低於窗口下限），所以總值要看絕對值居首的那一項。
二、一份實際報告：TAL 過關，曲線卻不合格
某無線模組的爐溫曲線報告（4 支熱電偶）列了設定窗口、實測與 PWI，實測值在這裡取約數。我們用上面的算式以報告原數字重算，報告列出的三項都吻合；升溫斜率那一項報告沒列 PWI，數字是我們算的。
| 統計量 | 設定窗口 | 實測 | PWI |
|---|---|---|---|
| 升溫斜率上限 | 0～3 °C/s（目標 1.5） | 約 1.6 °C/s | 約 7～8%（我們重算） |
| 恆溫時間（155～185 °C 之間） | 25～55 秒 | 約 80～83 秒 | 約 265～285%，超出 |
| 220 °C 以上時間 | 30～60 秒 | 約 50～55 秒 | 約 30～65%，在窗口內 |
| 峰值溫度 | 240～255 °C | 約 233～235 °C | 約 −190～−170%，超出（低於下限） |
這張曲線的 PWI 總值要看墊底的一項：恆溫時間約 285%、峰值約 −190%，兩項都超出，所以整條曲線不合格；但液相線以上的時間在窗口內。只看 TAL 會誤判成合格，PWI 的價值就在這裡：它逼您看每一項。報告本身沒有下結論，也沒有寫後續怎麼調；一般會從輸送帶速度或溫區設定下手（這是我們的一般說明，不是報告內容）。這份報告的窗口有恆溫段（155～185 °C 維持 25～55 秒），我們判斷它屬於第五節的 RSS 型。
三、PWI 的窗口從哪裡來
問：PWI 的窗口上下限誰來訂？
答：由您自己的製程訂；一般做法是取錫膏製造商資料表與元件耐熱兩邊的交集（這是一般做法，我們沒有查到出處）。PWI 只回答「量到的值在窗口的哪個位置」，窗口訂錯，數字再漂亮也沒有意義。
- 錫膏資料表：Indium8.9HF（SAC305）資料表給了「建議」與「可接受」兩組範圍，例如 TAL 建議 45～60 秒、可接受 30～100；峰值（以熱電偶量測）建議 230～260 °C、可接受 230～262。升溫斜率與恆溫段的範圍，資料表裡也有，這裡不重抄。
- 元件耐熱：峰值上限要由板上怕熱的元件決定，不能只看錫膏。
- 自己的窗口：上一節的報告窗口（斜率 0～3、220 °C 以上 30～60 秒、峰值 240～255 °C）比錫膏資料表的範圍窄，是廠內自訂的。另一份模組的排查紀錄，爐溫規格也是各案自訂（220 °C 以上時間見下一節的表）；各案的窗口不一樣，沒有一組數字通用。
窗口一改，PWI 就不能和舊的數字比。我們的建議是：記錄 PWI 時，把窗口的版本與出處（哪份資料表、哪份元件規格）一起寫下來。PWI 的想法和製程能力 Cpk 有親戚關係（維基百科條目的參考文獻列了 NIST 的 What is Process Capability，這是我們的觀察），差別是 Cpk 用變異算「離邊界幾個標準差」，PWI 只用單次量到的值算「離中心多遠」；Cpk 怎麼算，看Cp、Cpk 製程能力怎麼算。
四、TAL：液相線以上時間要抓多久
問：TAL 是什麼？要抓多久？
答：TAL（Time Above Liquidus）是曲線停留在錫膏液相線以上的秒數；要抓多久看您的錫膏資料表，Indium8.9HF（SAC305）資料表建議 45～60 秒，可接受 30～100 秒。SAC 系列無鉛錫膏的液相線在 217～220 °C 附近（一般知識，我們沒有逐份錫膏逐項核）。資料表的說明是「時間要夠，才有良好的潤濕與可靠的焊點」；一般的說法是時間太長，介金屬層會過度成長、焊點變脆（這份資料表沒有寫這句），厚度與老化怎麼看，見介金屬層 IMC 厚度與老化。
| 來源 | 起算溫度 | TAL | 性質 |
|---|---|---|---|
| Indium8.9HF 資料表 | 液相線 | 建議 45～60 秒；可接受 30～100 秒 | 錫膏製造商資料表 |
| 某模組內部窗口 | 220 °C | 30～60 秒 | 自訂窗口 |
| 某案的廠商建議 | 220 °C | 60±10 秒 | 某不潤濕案的追蹤項目 |
| 某模組爐溫規格 | 220 °C | 65±10 秒 | 內部規格 |
| 某封裝廠 BGA 規範（較早的版本） | 217 °C（無鉛） | 60～100 秒 | 內部規範，封裝端 |
| 某驗證案的調整 | 未寫 | 約 50 秒 → 約 75 秒 | 調整前後 |
這些數字互不相同，起算溫度也不同（217 或 220 °C），不能互相套用；以您用的錫膏資料表為準，再對照元件。
內部有兩個把 TAL 拉長的案例。一份封裝 SMT 驗證報告：樣品經過多次回焊後有失效，失效分析多數是 SMT 問題、錫球有冷焊；對策是加厚鋼板與助焊劑、改用專用載具，並把液相時間由約 50 秒拉到約 75 秒。另一份模組改善計畫：焊球是 SAC105 加鎳，做法是微調曲線並增加 TAL，同時改載具（有孔改無孔）。這兩份我們都沒有讀到調整後的結果數據，而且同時改了鋼板或載具，所以無法把改善單獨歸給 TAL（這是我們的觀察）。
問：TAL 與峰值溫度，要先調哪一個？
答：先看 PWI 拆開後是哪一項超出窗口，一次只動一個參數，量完再看。TAL 與峰值互相牽動：改輸送帶速度，時間與峰值都會跟著變；改溫區設定，主要動的是溫度（這是我們的一般說明，沒有哪份資料明寫）。上一節的報告就是例子：TAL 在窗口內，真正超出的是恆溫時間與峰值，這時動 TAL 沒有意義。IPC 的 IPC-7530B 目錄（2025 年 1 月）把 TAL（1.3.18）和 True TAL（1.3.19、3.3.1）分開列；內文要購買，我們沒有讀，不知道兩者差在哪。您的儀器軟體算 TAL 時取哪個點、液相線設多少，要回頭查軟體說明。
五、RSS 與 RTS：曲線形狀怎麼選
問：RSS 與 RTS 差在哪？
答：RSS（Ramp-Soak-Spike，馬鞍型）升溫後有一段恆溫，再衝到峰值；RTS（Ramp-to-Spike，斜升型）沒有恆溫段，從室溫一條斜率升到峰值。名稱因來源而異：
| 形狀 | 中文常見叫法 | SMTnet 論文 | Indium 部落格（2024） | IPC-7530B 目錄圖名 |
|---|---|---|---|---|
| 有恆溫段 | 馬鞍型 | RSS（Ramp-Soak-Spike） | RSS | RSP（Ramp to Soak to Peak） |
| 沒有恆溫段 | 斜升型 | RTS（Ramp-to-Spike） | RTP（Ramp-to-Peak）／RTS（Ramp-to-Spike） | RP（Ramp to Peak） |
SMTnet 上的這篇論文（署名 David Suraski／AIM；檔名寫 revised 12-99，內文沒有日期，我們由檔名推測是 1999 年 12 月，這是推測）說：RSS 先陡升到約 150 °C（目標 90 秒內），在 150～170 °C 恆溫（目標 90 秒），讓組裝件在恆溫結束前達到熱平衡，再衝過液相線；RTS 是「從室溫到峰值的一條緩和線性升溫」，這一段同時是預熱，助焊劑在這段活化、揮發物在這段逸出，沒有恆溫段。作者的看法是 RTS 可用在任何助焊劑化學與焊料成分，水溶性錫膏與難焊的焊料和零件優先用 RTS；RSS 的恆溫可能讓活化劑提早耗掉，造成潤濕不足，一般不建議用在水溶性錫膏。論文也寫：恆溫段唯一的目的是縮小溫差（ΔT）；組裝件的溫差很大（例如用治具、爐子效率差）時，RTS 可能不是合適的選擇；RTS「不是每個回焊問題的萬靈丹」。論文的數字全是含鉛 Sn63Pb37 含鉛焊料（共晶 183 °C）的，本文只取形狀說明與優缺點，不取溫度與時間當無鉛數字。
Indium 的 Ramp-to-Peak 部落格（Ronald Lasky 博士，網頁後設資料顯示 2024 年 12 月發表；錫膏廠商發表，有立場）寫「斜升到峰值（RTP 或 RTS）已成為偏好的回焊曲線」，要點是維持固定的升溫斜率，1～3 °C/s 已證實有效；如果熱均勻性做不到，才加恆溫段（RSS），讓熱容大與小的元件趨近同溫，並建議把熱電偶放在熱容較大元件的幾個焊點上，確認全部焊點都有充分回焊。SMTnet 論文同時寫，較新的爐子通常提供的加熱方式讓溫差（ΔT）不大，所以今天要不要加恆溫段，要看您的爐子與板子實測的溫差。Indium8.9HF 資料表建議先從線性曲線開始；消除或縮短恆溫段可能有助減少 HIP（枕頭效應）與 graping，但同一份資料表對恆溫時間的註解是「可能減少 BGA／CSP 空洞」，所以恆溫段該不該有，要看您實際遇到的是哪一種缺陷。IPC-7530B 的預覽頁（含範圍與背景）也有一句同方向的話：較慢的升溫速率有助減少 BGA 空洞，但會增加 BGA 出現枕頭效應（HoP）的機會。
問：我的錫膏與板子，該選 RSS 還是 RTS？
答：先照錫膏資料表從線性（RTS）開始；量完看板上高溫與低溫點的溫差，溫差夠小就不用加恆溫，太大再加。下表是我們依上面幾份來源整理的判斷依據：
| 您手上的條件 | 傾向 | 依據 |
|---|---|---|
| 錫膏資料表建議先用線性曲線 | 先 RTS | Indium8.9HF 資料表 |
| 大熱容元件與小元件溫差太大，線性升溫兩端達不到同溫 | 加恆溫段（RSS） | Indium 部落格；SMTnet 論文 |
| BGA、CSP 出現 HIP（枕頭效應）或 graping | 縮短或取消恆溫 | Indium8.9HF 資料表 |
| BGA、CSP 出現空洞 | 資料表說恆溫段可能減少空洞，可試保留或加恆溫；IPC-7530B 預覽頁：較慢的升溫有助減少空洞，但會增加枕頭效應機會 | Indium8.9HF 資料表（註解）；IPC-7530B 預覽頁 |
| 水溶性助焊劑 | RTS | SMTnet 論文（含鉛時代）：RSS 的恆溫可能讓活化劑提早耗掉 |
| 有治具、爐子效率差，組裝件溫差很大（論文也寫較新的爐子溫差通常不大） | RTS 可能不合適，可試加恆溫段（RSS）縮小溫差 | SMTnet 論文（含鉛時代）；加恆溫段是我們的整理 |
內部文件裡，我們讀到曲線形狀的兩份：第二節的報告與另一份封裝廠的共晶錫球規範（恆溫 140～160 °C）都有恆溫段，屬 RSS 型；內部文件我們沒有逐份核對有沒有斜升型的例子，所以不能說「哪一種比較常見」。沒有一種形狀通吃。SMTnet 的作者說 RTS「不是每個回焊問題的萬靈丹」；Indium 也說做不到熱均勻才加恆溫，可見兩種形狀都有用得上的情況。
六、PWI 看不出什麼
問：PWI 合格，但還是空焊，是 PWI 看不出來嗎？
答：有可能。PWI 只回答「量到的曲線在不在您設的窗口內」，不回答焊點為什麼不好。KIC 的說明頁寫「一個數字就是您需要知道的全部」，這是廠商的說法，我們不同意到這個程度。PWI 看不出來的常見原因（這是我們的整理）：
- 窗口本身有問題：訂得太寬，或直接照抄別人的數字，PWI 再低也沒有意義。
- 量到的曲線不代表板子：熱電偶沒放在高溫與低溫的點，或固定鬆脫，PWI 算得再準，也只是那幾個點。
- 問題不在曲線：印刷的錫膏量、焊墊氧化、元件腳共面度，都不會出現在 PWI 裡。印刷端怎麼管，看SPI 錫膏厚度上下限怎麼訂；缺陷怎麼往回找，看回焊缺陷怎麼排查。
- 取墊底值會蓋掉其他項目的餘裕：總值只告訴您墊底的那一項，其他項目離邊界多遠要自己展開看。
要把窗口設進儀器、讓軟體自動算 PWI，看爐溫測試儀規格書：規格書寫的分析軟體含 PWI 判定（自動抓出超出窗口的區域並標紅）與警報設定，規格書裡另有一題「PWI 是什麼」的簡短說明，這篇是往下寫的部分。要自己量曲線，看爐溫測試儀。
延伸閱讀（外部來源）
外部來源（KIC、Indium 是儀器或錫膏廠商，有立場）：KIC：What is your PWI?、維基百科：Process window index、SMTnet：Reflow Profiling, The Benefits of Implementing a Ramp-to-Spike Profile、Indium：Ramp-to-Peak, The First Thought in a Reflow Profile、Indium8.9HF 無鉛錫膏資料表（99211 R6）、IPC-7530B 目錄。
這篇文章的限制
- PWI 的公式沒有讀到。KIC 與維基百科兩頁的公式都是圖片；本文的算式是我們由維基百科的例子與內部報告的三項數字反推的，維基百科的例子與報告三項逐項重算都吻合，但不是原文。
- 負值怎麼取總值，兩頁都沒寫。KIC 與維基百科都寫「較高」，「看絕對值居首那項」是我們的判斷；窗口中心與平均值不同時怎麼算，兩頁也沒寫。
- KIC 與 Indium 是廠商。KIC 頁面內文沒有顯示日期與作者，網頁後設資料是 2022 年 10 月 27 日發表、2024 年 2 月 5 日修改；Indium 部落格同樣只有後設資料日期（2024 年 12 月 3 日發表、2025 年 5 月 28 日修改）；維基百科條目沒有顯示修改日期；以上與 SMTnet 論文都是用網頁讀取工具讀的，不是在瀏覽器逐字看。
- SMTnet 論文的數字是含鉛時代的。文中引用的 150 °C、150～170 °C、90 秒都是 Sn63Pb37 含鉛焊料（共晶 183 °C）的數字；論文裡「升溫斜率 0.6～1.8 °C/s」的敘述出現在 RTS 一節，句中卻寫成「RSS」，疑為筆誤，我們沒有引用。
- IPC-7530B 只讀了目錄與前幾頁預覽（範圍、背景、前三條術語定義）。TAL 與 True TAL 的定義、PWI 是否被標準收錄，內文要購買，我們沒有讀。
- 內部文件只讀了索引筆記。爐溫曲線圖本身沒有文字，未讀；某驗證案與模組改善計畫的調整後結果沒有讀到；各案的窗口、起算溫度各不相同，本文並列但不判定哪個對。
- 「TAL 與峰值怎麼牽動」「PWI 看不出什麼」是我們的整理。不是哪一份資料的原文。
- 沒有搜尋量數字。PWI、TAL、RSS、RTS 單獨查，Google 台灣的搜尋框建議很少（只有「reflow profile pwi」與英文「rss rts」），所以本文把三件事合成一篇。
常見問題
PWI 製程窗口指數是什麼？數字多少算過關？
PWI 把曲線上每一項統計量換成「離窗口中心多遠」的百分比，取絕對值居首的一項當總值（KIC 與維基百科寫「較高」，字面上負值不會被選中，所以我們讀成取絕對值）。絕對值低於 100% 在窗口內，越接近 0 餘裕越大；100% 以上代表至少有一項超出窗口。窗口由您自己訂，一般做法是取錫膏資料表與元件耐熱的交集（我們沒有查到出處）。
PWI 怎麼算？是儀器軟體幫忙算嗎？
通常由儀器的分析軟體算：您輸入每一項統計量的窗口上下限，軟體對每支熱電偶的每一項算出百分比，再取墊底的。我們讀到的 KIC 與維基百科頁面，公式都是圖片；我們的讀法是（實測值 − 窗口中心）÷（窗口寬度的一半）× 100%，和內部報告的三項數字吻合。
PWI 是負的代表什麼？
負值代表量到的值低於窗口中心。在 −100% 到 0% 之間仍在窗口內；小於 −100% 是低於下限，例如峰值低於窗口下限。兩個外部頁面都沒說負值怎麼取總值，我們判斷看絕對值居首的那一項。
TAL 液相線以上時間是什麼？要抓幾秒？
TAL 是曲線停留在錫膏液相線以上的秒數。Indium8.9HF（SAC305）資料表建議 45～60 秒，可接受 30～100 秒；內部各案的窗口與起算溫度（217 或 220 °C）各不相同，以您用的錫膏資料表為準。
TAL 與峰值溫度，要先調哪一個？
先看 PWI 拆開後是哪一項超出窗口，一次只動一個參數，量完再看。TAL 與峰值互相牽動，輸送帶速度會同時改變兩者；如果 TAL 已在窗口內，就不用動它。
RSS 與 RTS 回焊曲線差在哪？
RSS（馬鞍型）升溫後有一段恆溫，再衝到峰值；RTS（斜升型）沒有恆溫段，一條斜率升到峰值。IPC-7530B 目錄的圖名分別寫成 RSP 與 RP，各來源的叫法略有不同。
馬鞍型和斜升型曲線怎麼選？
先照錫膏資料表從線性曲線開始（Indium8.9HF 資料表的建議），量完看板上高溫與低溫點的溫差；溫差太大、有大熱容元件時再加恆溫段。資料表的說法是：消除或縮短恆溫段可能有助減少 HIP 與 graping，但恆溫段的註解也寫「可能減少 BGA／CSP 空洞」，所以要看實際遇到的缺陷。
PWI 合格但還是空焊，是 PWI 看不出來嗎？
有可能。PWI 只回答量到的曲線在不在窗口內：窗口訂得太寬、熱電偶沒放在高溫低溫點或固定鬆脫、問題出在印刷或焊墊與元件，PWI 都看不出來。
PWI 和 Cpk 差在哪？
Cpk 用製程的變異算「離規格邊界幾個標準差」，需要一批資料；PWI 用單次量到的值算「離窗口中心多遠」，一條曲線就有數字。兩者都在談離邊界多遠，但不能互相換算。
PWI、TAL、RSS 與 RTS，先看哪一個？
先確認量得準與窗口出處，再看 PWI 總值並找出墊底的一項；TAL 與峰值對照錫膏資料表；接著才看曲線形狀（RSS 或 RTS）合不合您的錫膏與板子。
有類似問題嗎？寫信給嘉鴻，看看是否有配套方案。我們提供線上快速諮詢，多一個一起討論的對象，會盡量參與把問題解決。