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回焊曲線怎麼設:新機種第一條爐溫曲線的 6 個步驟

第一條曲線的窗口要從錫膏原廠資料表拿,不是從爐子拿。以常見 SAC305 無鉛錫膏為例,合金在 217~220 °C 熔化[1],原廠建議液相線以上時間(TAL)45~60 秒、峰值 230~260 °C[2];零件那一側,峰值不能超過 IPC/JEDEC J-STD-020 的分級溫度(薄型小封裝 260 °C,厚大封裝降到 245~250 °C)[3][4]。接著用貼熱電偶的實板量,一次只調一個變數,調好就凍結設定、定期複測。

回焊曲線(Reflow Profile)不是在爐子上「抄一組溫度」,而是先從錫膏廠商資料表拿到窗口(升溫斜率、恆溫、液相線以上時間 TAL、峰值、冷卻),再用貼了熱電偶的實板量出板子真正吃到的溫度,一區一區調到每支熱電偶都落在窗口內,最後把輸送速度與各區設定凍結、定期複測。這篇把新機種第一條曲線的設定拆成 6 個步驟。

曲線拿到手怎麼讀,請看〈Reflow Profile 怎麼看:先檢查這 5 個數字〉;PWI、TAL 與 RSS/RTS 兩種曲線形狀,請看〈PWI 製程窗口指數怎麼看〉。這篇只談「怎麼設、怎麼調、怎麼管」。文中的數字取自產線實際文件(已去掉公司名、客戶名與料號),是單一案例的值,不是通用規格;您的條件請以錫膏廠商資料表與零件規格為準。

一、先拿窗口:錫膏廠商資料表上的 5 個數字

問:設曲線的第一步是什麼?
答:先把錫膏廠商資料表上的窗口抄下來:升溫斜率、恆溫(浸潤)時間、液相線以上時間 TAL、峰值、冷卻斜率,再對照板上最怕熱的零件耐溫上限。
窗口是錫膏廠給的,不是爐子給的;換錫膏就要重看。

我們讀到的一份無鉛免洗錫膏資料表(舊版)寫的是:升溫斜率 0.5~2.5 °C/秒(0.5~1 較好)、TAL 30~100 秒(45~60 秒最好)、峰值比熔點高 12~50 °C、冷卻斜率 0.5~6 °C/秒。另一份產線曲線報告訂的窗口則是:升溫斜率上限 3 °C/秒(目標 1.5)、恆溫 155~185 °C 停 25~55 秒、220 °C 以上 30~60 秒、峰值 240~255 °C。兩份數字不同,正說明窗口要跟著您用的錫膏與產品走。

對照公開的原廠資料:Indium 一款 SAC305 錫膏資料表的「可接受」窗口同樣是升溫 0.5~2.5 °C/秒、TAL 30~100 秒、冷卻 0.5~6 °C/秒,「建議」值則是升溫 1.0~1.5 °C/秒、TAL 45~60 秒、峰值 230~260 °C、恆溫 140~160 °C 停 20~60 秒[2]。SAC305 合金本身的固相線 217 °C、液相線 220 °C[1],所以「峰值比熔點高多少」要先講清楚是以 217 還是 220 算。

零件那一側:峰值的上限要再對照零件規格書的耐溫(濕敏零件看分級標示的峰值溫度),兩邊取較嚴的那個。這個分級溫度出自 IPC/JEDEC J-STD-020(2015 年 E 版 Table 4-2)[3]:無鉛製程下,厚度 < 1.6 mm 的封裝是 260 °C;厚度 1.6~2.5 mm、體積 350~2,000 mm³ 是 250 °C;厚度 > 2.5 mm 或體積 > 2,000 mm³ 的大封裝多半只到 245 °C[4]。板上有大 BGA、大電感時,峰值上限常常是被它們卡住,不是被錫膏。

二、選測溫點:量板子最熱與最冷的位置

問:熱電偶要貼在哪裡?
答:至少貼三類位置:熱容量最大的零件(大 BGA 中心、大銅面附近)、熱容量最小的零件(小被動元件、板邊),以及最怕熱的零件本體。
曲線要讓「最冷的點也熔透、最熱的點也不過頭」,所以量的是溫差的兩端,不是平均。

測溫板怎麼做、空板能不能用、BGA 錫球怎麼埋點,見〈回焊測溫板怎麼做〉;熱電偶用膠帶、高溫焊料還是膠固定,差異可以到 9 °C,見〈爐溫量測的熱電偶怎麼固定〉。測溫怎麼做,產業參考的是 IPC-7530《Guidelines for Temperature Profiling for Mass Soldering Processes》,最新 B 版(2025 年 1 月)把熱電偶固定分成高溫焊料、膠、膠帶、埋入式、機械固定五種,目錄裡還專列一節「每一種組裝板要有自己的曲線」(Unique Profile for Each Printed Board Assembly)[5]。量測器材用爐溫測試儀搭配測溫線;測試儀要放在隔熱盒裡過爐,隔熱盒能撐多久見隔熱盒耐溫資訊表。

三、起始設定:先用時間算,不要用猜的

問:沒有舊曲線可抄,各溫區第一組要怎麼填?
答:先決定輸送速度(決定板子在每一區停多久),再依窗口由前往後設:預熱區讓板子以目標斜率升到恆溫溫度,恆溫區停在窗口中段,回焊區讓峰值落在窗口中間偏下,冷卻區照錫膏建議。

預熱時間可以先算:(恆溫起點溫度 − 室溫)÷ 升溫斜率。我們讀到的一份產線整理文舉例:從 25 °C 升到 150 °C,斜率 3 °C/秒約 42 秒、1.5 °C/秒約 83 秒(125 ÷ 1.5);預熱區約占爐長 1/4~1/3;峰值通常比錫膏熔點高約 25~30 °C——以 SAC305 液相線 220 °C 算就是 245~250 °C,正好落在原廠建議峰值 230~260 °C 的中段[1][2]。這些是起點,不是答案——第一次量完幾乎都要再調。

板子很密、很厚或有大銅面時,起始設定寧可偏「慢升溫、長恆溫」,讓大小零件的溫差先拉近,再處理峰值。

四、量測與調整:一次只動一個變數

問:量出來不在窗口內,先調哪裡?
答:先看哪一項、哪一支熱電偶超出,再一次只動一個變數(某一區溫度或輸送速度),量一次、記一次。
同時動好幾區,量出來變好或變壞都說不出原因。

一份產線曲線報告是很好的例子:4 支熱電偶的升溫斜率 1.6 °C/秒、220 °C 以上 50~55 秒都在窗口內,但恆溫時間約 80 秒(窗口上限 55 秒)、峰值約 234 °C(窗口下限 240 °C)——TAL 過關,整條曲線卻不合格。這時要做的是縮短恆溫、拉高峰值,而不是只看 TAL 就放行。常見的對照方向:

  • 升溫太快:錫膏塌陷、錫珠;太慢:助焊劑提早耗盡、潤濕不良。
  • 恆溫太短:大小零件溫差大,容易立碑、空洞;太長:助焊劑失效、枕頭效應風險升高。
  • 峰值或 TAL 不足:冷焊、焊點不亮、BGA 球與錫膏沒融在一起;過高過長:零件與板子受熱損傷、介金屬層過厚。
  • 冷卻太慢:焊點組織粗;太快:要注意陶瓷電容等零件能承受的冷卻斜率。

症狀與往上游找原因的完整對照,見〈回焊焊接不良怎麼查〉。另一個案例裡,焊點接合不良時是三條線一起改:載具從「鑽孔讓熱穿透」改成無孔載具求均溫、曲線拉長 TAL、錫膏換黏性較好的;載具的影響見〈過爐載具怎麼選〉,要不要加氮氣見〈回焊爐加氮氣值得嗎〉。

五、首件與凍結:把「這條曲線」寫成可重做的設定

問:曲線調好之後要留什麼?
答:留三樣:①這次的量測報告(每支熱電偶的各項數值)②爐子設定(輸送速度、各區上下溫度、氮氣或風速)③測溫板編號與熱電偶位置。
下次換線、換班或客訴追查,才能重做同一條曲線、比較同一個點。

首件(FAI)至少確認峰值。我們讀到的一份產線參數管制說明,因各產品設定差異大,不統一訂各區範圍,首件只查峰值,理由是最怕「過熱」傷件;另一份則用 4 個特徵管曲線:最大升溫斜率、150~200 °C 停留時間(目標 80±10 秒)、220 °C 以上時間(目標 60±10 秒)、峰值出現時間。哪一種較適合,要看產品對哪一項最敏感。

六、量產中怎麼管:每日複測與即時警示

問:量產後還要再量曲線嗎?
答:要。常見做法是兩層:爐內各區熱電偶即時監控設定值,再加上每日(或每次換機種)用測溫板實量一次曲線。

一份產線說明的即時監控條件是:各區偏離設定 ±5 °C 發警示、±10 °C 發警報。每日曲線檢查若異常,要先分三層排查:爐子本身、量測儀與測溫線、軟體連線——我們讀到的一份週報就記錄過一次停線,最後查到爐子與量測儀都正常,是換了測溫線、疑似軟體連線問題。新爐驗收時,一份文件的做法是用爐溫儀量 6 個點,要求溫度準確度在 ±5 °C 內。

曲線慢慢漂移、爐溫不穩時,也要想到冷凝器與助焊劑回收:冷凝器沾滿助焊劑會讓爐溫不穩、助焊劑滴落產品,見〈回焊爐冷凝器清洗〉。

參考資料

  1. Indium Corporation, Indalloy 256(SAC305)產品資料表:固相線 217 °C、液相線 220 °C
  2. Indium Corporation, Indium5.8LS-3 無鉛錫膏產品資料表(PDS 99438 R1):回焊曲線建議/可接受窗口
  3. IPC/JEDEC J-STD-020E(2015)預覽頁:Table 4-2 Pb-Free Classification Temperatures(標準本文需購買)
  4. Microsemi(Microchip), Standard Reflow Profile for Standard and Lead-Free Packages, Rev 5:轉載 J-STD-020 無鉛分級溫度表
  5. IPC-7530B(2025)目錄頁

這篇文章的限制

  • 文中數字取自我們讀過的產線文件與一份錫膏廠商資料表(舊版),每一筆都是單一案例;不同錫膏、零件、爐子的窗口不同,請以您手上的廠商資料表與零件規格為準。
  • 內部文件已去掉公司名、客戶名、人名與料號,只保留做法與數字。
  • 這篇不談熱電偶固定、測溫板製作與 PWI 計算,各有專文(見上方連結)。

常見問題

問:可以直接用別條產品的曲線嗎?
答:板厚、零件密度與最大零件不同,板子吃到的溫度就不同;可以拿來當起始設定,但一定要用新產品的實板重新量。

問:曲線要多久量一次?
答:新機種導入、換錫膏、爐子保養或維修後一定要量;量產中常見是每日或每次換機種量一次,再加上爐內各區的即時監控。

問:測溫點要幾支?
答:至少涵蓋最熱、最冷與最怕熱的零件;我們讀到的報告多用 4 支以上。測試儀通道數不夠時,先保留溫差兩端的點。選爐溫測試儀可參考三大品牌爐溫測試儀對比。

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