無鉛中溫錫膏（如Sn-Bi系、Sn-Zn-Bi系等，熔點通常170-200℃）適用于不耐高溫元件（如LED、傳感器、柔性PCB等），在電子制造中應用廣泛。

工藝窗口優(yōu)化與溫度曲線控制需兼顧錫膏特性（低熔點、易氧化）、元件耐熱性及焊點可靠性，核心目標是擴大有效工藝窗口（即能穩(wěn)定形成合格焊點的溫度-時間范圍），減少空洞、虛焊、橋連、Bi偏析等缺陷。

無鉛中溫錫膏的工藝窗口核心影響因素；

工藝窗口（Process Window）是指回流焊過程中，能滿足“焊錫完全熔融、助焊劑充分活化、無元件損傷、焊點無缺陷”的溫度與時間范圍。

關(guān)鍵制約因素包括：

 1. 錫膏自身特性

熔點范圍：中溫錫膏通常有明確的固相線（開始熔化）和液相線（完全熔化），如Sn58Bi（固相線138℃，液相線138℃，共晶）、Sn42Bi58（熔點139℃）、Sn-Zn-Bi（約170-190℃），工藝窗口需覆蓋“完全熔化+保持一定液態(tài)時間”。

助焊劑活性：中溫錫膏助焊劑需在120-160℃活化（去除氧化層），活性持續(xù)時間短，若溫度過高或時間過長，助焊劑易提前揮發(fā)或碳化，失去助焊作用。

抗氧化性：Sn-Bi系錫膏中Bi易氧化，高溫下（>200℃）氧化加劇，導致焊點發(fā)灰、結(jié)合力下降。

2. 元件與PCB耐熱性

中溫錫膏多用于耐熱≤220℃的元件（如LED芯片、塑料封裝器件、柔性基材），峰值溫度需低于元件耐熱上限（通常-10℃余量），否則可能導致元件開裂、封裝變形。

PCB焊盤鍍層（如OSP、沉金）的可焊性會影響焊錫浸潤，需與助焊劑活性匹配，否則易出現(xiàn)虛焊。

3. 回流焊設備精度

爐內(nèi)溫度均勻性（±2℃以內(nèi)）是關(guān)鍵，溫差過大會導致同一板上部分焊點過熔、部分未熔。

傳送帶速度穩(wěn)定性、溫區(qū)長度分配直接影響各階段時間控制，需與錫膏要求的升溫/降溫速率匹配。

 溫度曲線的分段控制與參數(shù)優(yōu)化；

 無鉛中溫錫膏的回流焊溫度曲線通常分為預熱區(qū)、恒溫區(qū)（浸潤區(qū)）、回流區(qū)（峰值區(qū)）、冷卻區(qū)四階段，各階段參數(shù)需精準控制，以平衡“助焊劑活化、焊錫熔融、焊點成形、元件保護”的需求。

 1. 預熱區(qū)（Preheat Zone）：控制升溫速率，避免飛濺與元件損傷

 目標：將PCB和元件從室溫平穩(wěn)加熱至120-150℃，蒸發(fā)錫膏中溶劑（占助焊劑50%以上），同時避免升溫過快導致元件熱沖擊或錫膏飛濺。

參數(shù)優(yōu)化：

升溫速率：建議0.5-2℃/s（柔性PCB或細間距元件≤1℃/s）。

過快易導致：① 溶劑急劇揮發(fā)，錫膏飛濺形成橋連；② 元件（如陶瓷電容）因熱應力開裂。

終點溫度：120-150℃（不超過助焊劑溶劑沸點+20℃），停留時間30-60s，確保溶劑充分揮發(fā)（殘留量≤5%）。

 2. 恒溫區(qū)（Soak Zone）：活化助焊劑，去除氧化層

 目標：在150-180℃（中溫錫膏助焊劑活性溫度區(qū)）保持一定時間，使助焊劑充分活化（化學反應去除焊盤、元件引腳及錫粉表面的氧化層），同時讓PCB與元件溫度趨于均勻，減少后續(xù)回流區(qū)的溫差。

參數(shù)優(yōu)化：

溫度范圍：150-180℃（核心活化區(qū)），避免超過180℃（否則助焊劑易碳化）。

時間：60-120s（總預熱+恒溫時間通常120-240s）。

時間過短：助焊劑活化不充分，焊點易虛焊；時間過長：助焊劑提前耗盡，焊錫氧化加劇，焊點發(fā)灰。

溫度均勻性：同一PCB上各點溫差≤5℃，避免局部活化不足。

 3. 回流區(qū)（Reflow Zone）：焊錫熔融與焊點成形

目標：溫度升至液相線以上，使焊錫完全熔融并浸潤焊盤/引腳，形成連續(xù)焊點，同時控制峰值溫度和液態(tài)停留時間（TAL：Time Above Liquidus），避免過熔或Bi偏析。

參數(shù)優(yōu)化：

升溫速率：≤3℃/s（從恒溫區(qū)到峰值溫度），過快易導致局部過熱（尤其是大尺寸元件），或焊錫因溫度驟升而“抱團”不浸潤。

峰值溫度（Tp）：高于液相線10-20℃（如Sn58Bi液相線138℃，Tp建議150-170℃；Sn-Zn-Bi液相線180℃，Tp建議190-200℃）。

Tp過低：焊錫未完全熔融，焊點呈“豆腐渣”狀，強度不足；

Tp過高：超過元件耐熱上限（如LED芯片耐溫210℃），導致元件損壞；同時Bi氧化加劇，焊點脆化。

液態(tài)停留時間（TAL）：通常30-60s（從液相線到峰值溫度回落至液相線的時間）。

過短：焊錫未充分浸潤，易產(chǎn)生空洞；

過長：助焊劑完全碳化，焊錫過度氧化，且Bi易在焊點邊緣偏析（形成脆性相），導致焊點耐振動性下降。

 4. 冷卻區(qū)（Cooling Zone）：控制冷卻速率，優(yōu)化焊點結(jié)構(gòu)

 目標：快速冷卻使熔融焊錫形成細密均勻的晶粒結(jié)構(gòu)，減少Bi偏析，提升焊點強度。

參數(shù)優(yōu)化：

冷卻速率：建議3-8℃/s（從峰值溫度降至150℃的速率）。

過慢：冷卻時間長，Bi原子有充足時間擴散至焊點邊緣，形成粗大Bi相（脆性），焊點易斷裂；

過快：熱應力過大，可能導致元件（如陶瓷電容）或PCB開裂（尤其柔性板），需根據(jù)元件耐應力性調(diào)整（如塑料封裝元件可降至2-5℃/s）。

終溫：冷卻至50℃以下再出爐，避免焊點在高溫下接觸空氣二次氧化。

工藝窗口優(yōu)化的關(guān)鍵策略；

 1. 基于錫膏 datasheet 設定基準曲線

錫膏供應商會提供推薦溫度曲線（如Tp、TAL、升溫/冷卻速率），以此為基準，結(jié)合實際生產(chǎn)的元件/PCB特性微調(diào)（如元件耐熱上限低，則降低Tp；PCB尺寸大，延長預熱時間以保證溫度均勻）。

2. 通過DOE實驗擴大工藝窗口

采用“設計實驗（DOE）”方法，變量包括：峰值溫度（±5℃）、恒溫時間（±20s）、冷卻速率（±1℃/s），以“焊點外觀（光亮、飽滿）、拉力強度、空洞率（≤5%）”為評價指標，找到缺陷最少的參數(shù)組合，確定工藝窗口邊界（如Tp上限=元件耐熱-10℃，下限=液相線+5℃）。

3. 控制爐內(nèi)溫度均勻性

定期校準回流焊爐（每周測爐溫曲線，確保各溫區(qū)實際溫度與設定值偏差≤±2℃）；

針對大尺寸PCB（>300mm）或異形板，采用“分區(qū)控溫”（如邊緣溫區(qū)溫度略高于中心），減少板上溫差（≤3℃）。

4. 匹配助焊劑與工藝參數(shù)

中溫錫膏助焊劑活性較弱，需確保恒溫區(qū)溫度與助焊劑活化溫度匹配（如助焊劑活化峰值在140℃，則恒溫區(qū)中心溫度設為140℃±5℃），避免因活化不足導致焊錫浸潤不良。

5. 監(jiān)控與反饋調(diào)整

生產(chǎn)中定期抽檢焊點：

外觀：是否光亮、無橋連、無毛刺；

切片分析：焊點內(nèi)部是否有氣孔（≤5%）、Bi偏析是否嚴重；

拉力測試：焊點強度是否達標（如Sn58Bi焊點拉力≥1.5N）。

根據(jù)缺陷調(diào)整曲線：如空洞多→延長TAL；焊點發(fā)灰→降低Tp或縮短TAL；Bi偏析→提高冷卻速率。

 無鉛中溫錫膏的工藝窗口優(yōu)化核心是“平衡溫度與時間”：既要滿足焊錫完全熔融、助焊劑充分活化，又要避免元件損傷和Bi偏析。

精準控制預熱升溫

速率、恒溫區(qū)活性時間、回流區(qū)峰值溫度與液態(tài)停留時間、冷卻速率，并結(jié)合DOE實驗和缺陷反饋調(diào)整，可有效擴大工藝窗口，提升焊點可靠性。