深度探討SMT貼片加工工藝應用之回流焊

回流焊是在PCB焊盤上通過印刷或注射錫膏，并貼裝SMT元件后，使用回流爐的熱風對流加熱，使錫膏熔化成型，最后通過冷卻形成可靠焊點，連接元件與PCB焊盤，起到機械連接和電氣連接的作用的一種表面元件焊接方式。這種工藝比較復雜，涉及的知識面比較廣，屬于多門學科交叉的一門新技術。回流焊通常分為預熱，恒溫，回流和冷卻四個階段。然而，回流焊技術也可以為電子行業和其他行業帶來很大的收益，例如電子元器件的封裝、光電元器件的封裝、電子線路板的制造等。因此，回流焊技術在電子行業和其他行業中應用非常廣泛，并且在不斷發展。

一、預熱區

預熱區是回流焊工藝的第一個階段，其目的是為了使產品在室溫條件下快速加熱，使錫膏助焊劑活性化，避免后段浸錫時進行高溫急劇加熱所引發的元件熱損不良。因此，升溫速率對于產品的影響非常重要，必須在合理范圍內控制。過快的升溫速率會產生熱沖擊，導致PCB板和元件受到熱應力的影響，造成損傷。過慢的升溫速率會使錫膏溶劑無法充分揮發，影響焊接質量。大部分供應商都要求在4℃/sec以下，以防止元件受到熱沖擊損傷。在電子的產品中，由于工藝本身較為復雜，升溫斜率設定在1~3℃/sec之間。當PCB板元件類型單一且元件數量不多時，其預熱階段的末端溫度可以達到回流區的起點溫度。

二、恒溫區

恒溫區是回流焊工藝的第二個階段，其目的是使PCB板上各元件溫度趨于穩定，盡可能達成一致，以減少各元件之間的溫差。在此階段，各元器件的受熱時間較長，因為小元器件因吸熱量少會先達到平衡，大元器件因吸熱量大，需要足夠的時間才能追趕上小元器件，保證錫膏中的助焊劑得到充分揮發。在此階段，助焊劑將去除焊盤，焊料球及元件引腳上的氧化物，并去除元件和焊盤表面油污，增大焊接面積，防止元件再次氧化。此階段結束后，各元器件應保持相同或相近的溫度，否則可能因溫度差異過大而產生焊接不良現象。恒溫區的溫度和時間取決于PCB設計的復雜性，元件類型差異以及元件數量，通常在120-170℃之間。在眾焱電子的產品中，恒溫區一般選在160度。

三、回流區

回流區是回流焊工藝的第三個階段，它的目的是使錫膏達到熔化狀態，并潤濕待焊接元件表面和焊盤。當PCB板進入回流區時，溫度會急速上升使錫膏達到熔化狀態，加熱器提供的熱量最多，爐溫也會設置到最高，使錫膏溫度快速上升到峰值溫度。回流焊曲線的峰值溫度由錫膏熔點，PCB板和元件本身的耐熱溫度決定。在回流區產品的峰值溫度根據使用的錫膏類型而有所不同，通常來說，無鉛錫膏的峰值溫度一般在230～250℃之間，有鉛錫膏一般在210～230℃之間。這個階段是錫膏熔化的關鍵階段，需要確保峰值溫度足夠高，以保證錫膏能夠在高溫條件下熔化，但同時也不能太高，避免對PCB板和元件造成熱損傷。在此階段，錫膏中的助焊劑有助于促進錫膏與元件焊端潤濕，降低錫膏表面張力作用，但需要注意殘留氧氣和金屬表面氧化物對助焊劑的影響。

四、冷卻區

冷卻區是通過控制冷卻速率來確保錫膏在熔化之后能夠迅速冷卻，并形成光亮、弧度較緩、錫量飽滿的焊點。這對于貼片加工廠來說是非常重要的，因為這樣可以有效地提高焊點的成型質量。如果冷卻速率過快，會導致錫膏來不及冷卻緩沖，使得焊點出現拖尾、拉尖或毛邊等現象。如果冷卻速率過慢，則會使PCB板上的焊盤表面物質融入錫膏，導致焊點粗糙、空焊或偏暗等現象。此外，如果冷卻速率不當，還可能導致元件焊端上的金屬雜質熔解，造成焊接不良或拒潤濕現象。因此，良好的冷卻速率對于確保焊點成型質量至關重要。一般來說，錫膏供應商會推薦焊點冷卻速率≥3℃/S，而眾焱電子則要求在4℃/S。