深度探讨SMT贴片加工工艺应用之回流焊

回流焊是在PCB焊盘上通过印刷或注射锡膏，并贴装SMT元件后，使用回流炉的热风对流加热，使锡膏熔化成型，最后通过冷却形成可靠焊点，连接元件与PCB焊盘，起到机械连接和电气连接的作用的一种表面元件焊接方式。这种工艺比较复杂，涉及的知识面比较广，属于多门学科交叉的一门新技术。回流焊通常分为预热，恒温，回流和冷却四个阶段。然而，回流焊技术也可以为电子行业和其他行业带来很大的收益，例如电子元器件的封装、光电元器件的封装、电子线路板的制造等。因此，回流焊技术在电子行业和其他行业中应用非常广泛，并且在不断发展。

一、预热区

预热区是回流焊工艺的第一个阶段，其目的是为了使产品在室温条件下快速加热，使锡膏助焊剂活性化，避免后段浸锡时进行高温急剧加热所引发的元件热损不良。因此，升温速率对于产品的影响非常重要，必须在合理范围内控制。过快的升温速率会产生热冲击，导致PCB板和元件受到热应力的影响，造成损伤。过慢的升温速率会使锡膏溶剂无法充分挥发，影响焊接质量。大部分供应商都要求在4℃/sec以下，以防止元件受到热冲击损伤。在电子的产品中，由于工艺本身较为复杂，升温斜率设定在1~3℃/sec之间。当PCB板元件类型单一且元件数量不多时，其预热阶段的末端温度可以达到回流区的起点温度。

二、恒温区

恒温区是回流焊工艺的第二个阶段，其目的是使PCB板上各元件温度趋于稳定，尽可能达成一致，以减少各元件之间的温差。在此阶段，各元器件的受热时间较长，因为小元器件因吸热量少会先达到平衡，大元器件因吸热量大，需要足够的时间才能追赶上小元器件，保证锡膏中的助焊剂得到充分挥发。在此阶段，助焊剂将去除焊盘，焊料球及元件引脚上的氧化物，并去除元件和焊盘表面油污，增大焊接面积，防止元件再次氧化。此阶段结束后，各元器件应保持相同或相近的温度，否则可能因温度差异过大而产生焊接不良现象。恒温区的温度和时间取决于PCB设计的复杂性，元件类型差异以及元件数量，通常在120-170℃之间。在众焱电子的产品中，恒温区一般选在160度。

三、回流区

回流区是回流焊工艺的第三个阶段，它的目的是使锡膏达到熔化状态，并润湿待焊接元件表面和焊盘。当PCB板进入回流区时，温度会急速上升使锡膏达到熔化状态，加热器提供的热量最多，炉温也会设置到最高，使锡膏温度快速上升到峰值温度。回流焊曲线的峰值温度由锡膏熔点，PCB板和元件本身的耐热温度决定。在回流区产品的峰值温度根据使用的锡膏类型而有所不同，通常来说，无铅锡膏的峰值温度一般在230～250℃之间，有铅锡膏一般在210～230℃之间。这个阶段是锡膏熔化的关键阶段，需要确保峰值温度足够高，以保证锡膏能够在高温条件下熔化，但同时也不能太高，避免对PCB板和元件造成热损伤。在此阶段，锡膏中的助焊剂有助于促进锡膏与元件焊端润湿，降低锡膏表面张力作用，但需要注意残留氧气和金属表面氧化物对助焊剂的影响。

四、冷却区

冷却区是通过控制冷却速率来确保锡膏在熔化之后能够迅速冷却，并形成光亮、弧度较缓、锡量饱满的焊点。这对于贴片加工厂来说是非常重要的，因为这样可以有效地提高焊点的成型质量。如果冷却速率过快，会导致锡膏来不及冷却缓冲，使得焊点出现拖尾、拉尖或毛边等现象。如果冷却速率过慢，则会使PCB板上的焊盘表面物质融入锡膏，导致焊点粗糙、空焊或偏暗等现象。此外，如果冷却速率不当，还可能导致元件焊端上的金属杂质熔解，造成焊接不良或拒润湿现象。因此，良好的冷却速率对于确保焊点成型质量至关重要。一般来说，锡膏供应商会推荐焊点冷却速率≥3℃/S，而众焱电子则要求在4℃/S。