什么是回流焊？回流焊原理及工艺介绍

转自：电子工程师笔记

https://www.toutiao.com/a6677343556518019588/?tt_from=weixin&utm_campaign=client_share&wxshare_count=1×tamp=1554717259&app=news_article&utm_source=weixin&utm_medium=toutiao_android&req_id=201904081754180100080621438806F1A&group_id=6677343556518019588

1、什么是回流焊

回流焊是英文Reflow是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。回流焊是将元器件焊接到PCB板材上，回流焊是对表面帖装器件的。回流焊是靠热气流对焊点的作用,胶状的焊剂在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接；之所以叫"回流焊"是因为气体在焊机内循环流动产生高温达到焊接目的。

回流焊原理分为几个描述：

（回流焊温度曲线图）

A.当PCB进入升温区时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元器件引脚与氧气隔离。

B.PCB进入保温区时，使PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件。

C.当PCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点。

D.PCB进入冷却区，使焊点凝固此；时完成了回流焊。

双轨回流焊的工作原理

双轨回流焊炉通过同时平行处理两个电路板，可使单个双轨炉的产能提高两倍。目前, 电路板制造商仅限于在每个轨道中处理相同或重量相似的电路板。而现在, 拥有独立轨道速度的双轨双速回流焊炉使同时处理两块差异更大的电路板成为现实。首先，我们要了解影响热能从回流炉加热器向电路板传递的主要因素。在通常情况下，如图所示，回流焊炉的风扇推动气体（空气或氮气）经过加热线圈，气体被加热后，通过孔板内的一系列孔口传递到产品上。

可用如下方程来描述热能从气流传递到电路板的过程，q = 传递到电路板上的热能; a = 电路板和组件的对流热传递系数; t = 电路板的加热时间; A = 传热表面积 ; ΔT = 对流气体和电路板之间的温度差 我们将电路板相关参数移到公式的一侧，并将回流焊炉参数移到另一侧，可得到如下公式： q = a | t | A | | T

双轨回流焊PCB已经相当普及，并在逐渐变得复那时起来，它得以如此普及，主要原因是它给设计者提供了极为良好的弹性空间，从而设计出更为小巧，紧凑的低成本的产品。到今天为止，双轨回流焊板一般都有通过回流焊接上面（元件面），然后通过波峰焊来焊接下面（引脚面）。目前的一个趋势倾向于双轨回流焊回流焊，但是这个工艺制程仍存在一些问题。大板的底部元件可能会在第二次回流焊过程中掉落，或者底部焊接点的部分熔融而造成焊点的可靠性问题。

2、回流焊流程介绍

回流焊加工的为表面贴装的板，其流程比较复杂，可分为两种：单面贴装、双面贴装。

A，单面贴装：预涂锡膏 → 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） → 回流焊 → 检查及电测试。

B，双面贴装：A面预涂锡膏 → 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） → 回流焊 →B面预涂锡膏 →贴片（分为手工贴装和机器自动贴装）→ 回流焊 → 检查及电测试。

回流焊的最简单的流程是"丝印焊膏--贴片--回流焊，其核心是丝印的准确，对贴片是由机器的PPM来定良率，回流焊是要控制温度上升和最高温度及下降温度曲线。

回流焊工艺要求

回流焊技术在电子制造领域并不陌生，我们电脑内使用的各种板卡上的元件都是通过这种工艺焊接到线路板上的。这种工艺的优势是温度易于控制，焊接过程中还能避免氧化，制造成本也更容易控制。这种设备的内部有一个加热电路，将氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。

1、要设置合理的再流焊温度曲线并定期做温度曲线的实时测试。

2、要按照PCB设计时的焊接方向进行焊接。

3、焊接过程中严防传送带震动。

4、必须对首块印制板的焊接效果进行检查。

5、焊接是否充分、焊点表面是否光滑、焊点形状是否呈半月状、锡球和残留物的情况、连焊和虚焊的情况。还要检查PCB表面颜色变化等情况。并根据检查结果调整温度曲线。在整批生产过程中要定时检查焊接质量。

影响工艺的因素：

1、通常PLCC、QFP与一个分立片状元件相比热容量要大，焊接大面积元件就比小元件更困难些。

2、在回流焊炉中传送带在周而复使传送产品进行回流焊的同时，也成为一个散热系统，此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同，边缘一般温度偏低，炉内除各温区温度要求不同外，同一载面的温度也差异。

3、产品装载量不同的影响。回流焊的温度曲线的调整要考虑在空载，负载及不同负载因子情况下能得到良好的重复性。负载因子定义为： LF=L/(L+S);其中L=组装基板的长度，S=组装基板的间隔。回流焊工艺要得到重复性好的结果，负载因子愈大愈困难。通常回流焊炉的最大负载因子的范围为0.5~0.9。这要根据产品情况（元件焊接密度、不同基板）和再流炉的不同型号来决定。要得到良好的焊接效果和重复性，实践经验很重要的。

回流焊是SMT工艺的核心技术，PCB上所有的电子元器件通过整体加热一次性焊接完成，电子厂SMT生产线的质量控制占绝对分量的工作最后都是为了获得优良的焊接质量。设定好温度曲线，就管好了炉子，这是所有PE都知道的事。很多文献与资料都提到回流焊温度曲线的设置。对于一款新产品、新炉子、新锡膏，如何快速设定回流焊温度曲线？这需要我们对温度曲线的概念和锡膏焊接原理有基本的认识。

本文以最常用的无铅锡膏Sn96.5Ag3.0Cu0.5锡银铜合金为例，介绍理想的回流焊温度曲线设定方案和分析其原理。如图一 ：

图一 SAC305无铅锡膏回流焊温度曲线图

图一所示为典型的SAC305合金无铅锡膏回流焊温度曲线图。图中黄、橙、绿、紫、蓝和黑6条曲线即为温度曲线。构成曲线的每一个点代表了对应PCB上测温点在过炉时相应时间测得的温度。随着时间连续的记录即时温度，把这些点连接起来，就得到了连续变化的曲线。也可以看做PCB上测试点的温度在炉子内随着时间变化的过程。

那么，我们把这个曲线分成4个区域，就得到了PCB在通过回流焊时某一个区域所经历的时间。在这里，我们还要阐明另一个概念“斜率①”。用PCB通过回流焊某个区域的时间除以这个时间段内温度变化的绝对值，所得到的值即为“斜率”。引入斜率的概念是为了表示PCB受热后升温的速率，它是温度曲线中重要的工艺参数。图中A、B、C、D四个区段，分别为定义为A：升温区 ，B：预热恒温区（保温区或活化区），C：回流焊接区（焊接区或Reflow区），D：冷却区。

继续深入解析个区段的设置与意义：

一．升温区A

PCB进入回流焊链条或网带，从室温开始受热到150℃的区域叫做升温区。升温区的时间设置在60-90秒，斜率控制在2-4之间。

此区域内PCB板上的元器件温度相对较快的线性上升，锡膏中的低沸点溶剂开始部分挥发。若斜率太大，升温速率过快，锡膏势必由于低沸点溶剂的快速挥发或者水气迅速沸腾而发生飞溅，从而在炉后发生“锡珠”缺陷。过大的斜率也会由于热应力的原因造成例如陶瓷电容微裂、PCB板变形曲翘、BGA内部损坏等机械损伤。

升温过快的另一个不良后果就是锡膏无法承受较大的热冲击而发生坍塌，这是造成“短路”的原因之一。长期对制造厂的服务跟踪，很多厂商的SMT线该区域的斜率实际控制在1.5-2.5之间能得到满意的效果。由于各个板载贴装的元器件尺寸、质量不一，在升温区结束时，大小元器件之间的温度差异相对较大。

二．预热恒温区B

此区域在很多文献和供应商资料中也称为保温区、活化区。

该区域PCB表面温度由150℃平缓上升至200℃，时间窗口在60-120秒之间。PCB板上各个部分缓缓受到热风加热，温度随时间缓慢上升。斜率在0.3-0.8之间。

此时锡膏中的有机溶剂继续挥发。活性物质被温度激活开始发挥作用，清除焊盘表面、零件脚和锡粉合金粉末中的氧化物。恒温区被设计成平缓升温的目的是为了兼顾PCB上贴装的大小不一的元器件能均匀升温。让不同尺寸和材料的元器件之间的温度差逐渐减小，在锡膏熔融之前达到最小的温差，为在下一个温度分区内熔融焊接做好准备。这是防止“墓碑”缺陷的重要方法。众多无铅锡膏厂商的SAC305合金锡膏配方里活性剂的活化温度大都在150-200℃之间，这也是本温度曲线在这个温度区间内预热的原因之一。

需要注意的是：1、预热时间过短。活性剂③与氧化物反应时间不够，被焊物表面的氧化物未能有效清除。锡膏中的水气未能完全缓慢蒸发、低沸点溶剂挥发量不足，这将导致焊接时溶剂猛烈沸腾而发生飞溅产生“锡珠”。润湿不足，可能会产生浸润不足的“少锡”“虚焊”、“空焊”、“漏铜”的不良。2、预热时间过长。活性剂消耗过度，在下一个温度区域焊接区熔融时没有足够的活性剂即时清除与隔离高温产生的氧化物和助焊剂高温碳化的残留物。这种情况在炉后的也会表现出“虚焊”、“残留物发黑”、“焊点灰暗”等不良现象。

三．回流焊接区C

回流区又叫焊接区或Refelow区。

SAC305合金的熔点在217℃-218℃之间④，所以本区域为＞217℃的时间，峰值温度