本文介紹了三種SMT（Surface Mount Technology，表面貼裝技術(shù)）焊接工藝，包括回流焊、波峰焊、通孔回流焊。

一、回流焊（Reflow Soldering）

1.定義

通過(guò)加熱融化預(yù)先涂布在焊盤(pán)上的焊錫膏，實(shí)現(xiàn)預(yù)先貼裝在焊盤(pán)上的電子元器件引腳與焊盤(pán)電氣互聯(lián)，以達(dá)到將電子元器件焊接在PCB板上的目的。

具體來(lái)說(shuō)，回流焊是將元器件焊接到PCB板材上，對(duì)表面貼裝器件進(jìn)行焊接。它通過(guò)依靠熱氣流對(duì)焊點(diǎn)的作用，使膠狀的焊劑在一定的高溫氣流下進(jìn)行物理反應(yīng)，從而達(dá)到焊接SMD（表面貼裝器件）的目的。

回流焊的焊接全部流程如下：

2.回流焊的焊接順序

單面回流：預(yù)涂錫膏→貼A面→過(guò)爐流焊→上電測(cè)試

雙面回流：預(yù)涂A面錫膏→貼片→過(guò)爐回流焊→涂抹B面錫膏→過(guò)爐回流焊→上電檢測(cè)。

原則上先小器件后大器件，先低重量后高重量。如需烘烤的器件需按照烘烤溫度、時(shí)間要求進(jìn)行爐前烘烤。

3.回流焊的結(jié)構(gòu)

回流焊分為升溫區(qū)（預(yù)熱區(qū)，Pre-heat zone）、吸熱區(qū)（Soak zone）、回流區(qū)（回焊區(qū)，Reflow zone）、冷卻區(qū)（Cooling zone）。

預(yù)熱區(qū)：其目的是將印刷線(xiàn)路板的溫度從室溫提升到錫膏內(nèi)助焊劑發(fā)揮作用所需的活性溫度（135℃以上），溫區(qū)的加熱速率應(yīng)控制在每秒 1~3℃，時(shí)間為90s左右。

在預(yù)熱區(qū)，焊膏中的溶劑、氣體蒸發(fā)掉，同時(shí)，焊膏中的助焊劑潤(rùn)濕焊盤(pán)、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤(pán)、元器件端頭和引腳與氧氣隔離。

吸熱區(qū)：其目的是將印刷線(xiàn)路板維持在某個(gè)特定溫度范圍并持續(xù)一段時(shí)間，使印刷線(xiàn)路板上各個(gè)區(qū)域的元器件溫度相同，減少他們的相對(duì)溫差，并使錫膏內(nèi)部的助焊劑充分發(fā)揮作用，去除元器件電極和焊盤(pán)表面的氧化物，從而提高焊接質(zhì)量。進(jìn)入保溫區(qū)時(shí)，PCB和元器件得到充分的預(yù)熱，以防PCB突然進(jìn)入焊接高溫區(qū)而損壞PCB和元器件。

一般普遍的活性溫度范圍是 135-170℃，時(shí)間通常在60-90s區(qū)間，保溫區(qū)不超過(guò)217℃。如果活性溫度設(shè)定過(guò)高會(huì)使助焊劑過(guò)早失去除污的功能，溫度太低助焊劑則發(fā)揮不了除污的作用?；钚詴r(shí)間設(shè)定的過(guò)長(zhǎng)會(huì)使錫膏內(nèi)助焊劑的過(guò)度揮發(fā)，致使在焊接時(shí)缺少助焊劑的參與使焊點(diǎn)易氧化，潤(rùn)濕能力差，時(shí)間太短則參與焊接的助焊劑過(guò)多，可能會(huì)出現(xiàn)錫球，錫珠等焊接不良。從而影響焊接質(zhì)量。

回流區(qū)：其目的是使印刷線(xiàn)路板的溫度提升到錫膏的熔點(diǎn)溫度以上并維持一定的焊接時(shí)間，使其形成合金，完成元器件電極與焊盤(pán)的焊接。在回流區(qū)時(shí)，溫度快速上升使焊膏達(dá)到熔化狀態(tài)，液態(tài)焊錫對(duì)PCB的焊盤(pán)、元器件引腳潤(rùn)濕、擴(kuò)散、漫流或回流混合形成焊錫接點(diǎn)→PCB進(jìn)入冷卻區(qū)，使焊點(diǎn)凝固。此時(shí)完成了回流焊。

回流溫度通常在 183℃以上（有鉛錫膏<錫和鉛>熔點(diǎn)183℃，無(wú)鉛錫膏<錫、銀和銅>熔點(diǎn)217℃），時(shí)間30-90s。爐溫可設(shè)置，回流焊爐溫與選用的錫膏類(lèi)型有關(guān)，一般最高不高于260℃。回流時(shí)間如果不足，會(huì)使錫層較薄，焊點(diǎn)的強(qiáng)度不夠，時(shí)間較長(zhǎng)則錫層較厚使焊點(diǎn)較脆。

冷卻區(qū)：其目的是使印刷線(xiàn)路板降溫、焊點(diǎn)凝固，通常設(shè)定為每秒 3-4℃，時(shí)間為70秒左右。如速率過(guò)高會(huì)使焊點(diǎn)出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，過(guò)慢則會(huì)加劇焊點(diǎn)氧化。理想的冷卻曲線(xiàn)應(yīng)該是和回流區(qū)曲線(xiàn)成鏡像關(guān)系，越是靠近這種鏡像關(guān)系，焊點(diǎn)達(dá)到固態(tài)的結(jié)構(gòu)越緊密，得到焊接點(diǎn)的質(zhì)量越高，結(jié)合完整性越好。

4.回流焊爐溫曲線(xiàn)（SN63PB37有鉛錫膏）

二、波峰焊（Wave Soldering）

1.定義

波峰焊用于焊接雙列直插封裝（DIP）類(lèi)型的器件。

波峰焊利用電動(dòng)泵或電磁泵噴流成設(shè)計(jì)要求的焊料波，將熔融的液態(tài)焊料在焊料槽液面形成特定形狀的焊料波；最后PCB上的插裝器件通過(guò)傳送鏈以特定的角度和浸入深度穿過(guò)此焊料波峰而實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)焊接的過(guò)程。

2.波峰焊的結(jié)構(gòu)

波峰焊機(jī)主要由噴霧系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)組成。

運(yùn)輸系統(tǒng)：將電路板固定在治具后，通過(guò)傳送鏈將治具送入波峰焊機(jī)，并在過(guò)程中平穩(wěn)運(yùn)送PCB。運(yùn)輸系統(tǒng)由傳送帶與馬達(dá)、調(diào)速器組成。傳送鏈有個(gè)傾斜角度，其目的是為了方便脫錫，角度越小，焊點(diǎn)越大。

噴霧系統(tǒng)：為待焊接的DIP器件焊接區(qū)添加助焊劑，常用發(fā)泡劑、噴霧等。噴霧系統(tǒng)由光電傳感器、桿氣缸、噴霧器(噴頭)、PLC組成。

預(yù)熱系統(tǒng)：由發(fā)熱管組成，目的是提供足夠的溫度，以便形成良好的焊點(diǎn)。預(yù)熱時(shí)間通常<3min。

焊接系統(tǒng)：市面上應(yīng)用最普遍的是雙波峰系統(tǒng)。

在雙波峰系統(tǒng)中，波的湍流部分能夠防止虛焊，它保證穿過(guò)電路板的焊料分布適當(dāng)，焊料以電路板行進(jìn)的相同方向、較高速透入窄小間隙。僅湍流波本身并不適合焊接元件，它給焊點(diǎn)上留下不平整和過(guò)剩的焊料，因此需要第二個(gè)波。第二個(gè)波為層流波或平滑波，能夠消除了由湍流波產(chǎn)生的毛刺和焊橋。層流波實(shí)際上與傳統(tǒng)的通孔插裝組件使用的波一樣，因此，當(dāng)傳統(tǒng)組件在一臺(tái)機(jī)器上焊接時(shí)，就可以把湍流波關(guān)掉，用層流波對(duì)傳統(tǒng)組件進(jìn)行焊接。波峰焊的焊接時(shí)間=波峰寬度/運(yùn)行速度，通常<5s。

冷卻系統(tǒng)：使用外部降溫設(shè)施，對(duì)完成焊接后的PCB冷卻，減少電子器件熱應(yīng)力，并提高焊點(diǎn)的可靠性。

3.波峰焊的特點(diǎn)

省工省料，相比手工焊接，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

電路板接觸高溫焊錫時(shí)間短，可以減輕電路板的翹曲變形。

消除了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的干擾和影響，提高了焊點(diǎn)質(zhì)量和可靠性。

波峰焊機(jī)的焊料充足，有利于提高焊點(diǎn)質(zhì)量。

三、回流焊與波峰焊的區(qū)別

1.焊接設(shè)備不同

回流焊與波峰焊使用不同的機(jī)器完成焊接。

2.焊接工藝、流程不同

回流焊工藝是通過(guò)設(shè)備內(nèi)的循環(huán)氣流融化焊料，在進(jìn)回流爐前需要先隔著鋼網(wǎng)，涂抹錫膏（要求涂抹均勻，保證受熱均勻），進(jìn)爐后融化基板上的錫膏后，實(shí)現(xiàn)器件與焊錫的接觸；而波峰焊是通過(guò)加熱機(jī)器內(nèi)部的焊條，使器件與焊料（液態(tài)錫）接觸后進(jìn)行焊接。

3.適用范圍不同

回流焊為SMT貼裝工藝，適用于SMD貼裝器件；波峰焊屬于DIP插件工藝，適用于插裝器件。

4.焊接順序不同

先回流焊后波峰焊。通常貼裝器件的尺寸小于插裝器件，線(xiàn)路板組裝按照從小到大的順序完成焊接。雙面貼裝器件完成貼片后，制作工裝治具固定單板，并遮蓋貼裝器件，進(jìn)爐，實(shí)施波峰焊。

一般貼裝器件的焊盤(pán)與插裝期間的焊盤(pán)邊緣間距要求≥2.5mm。出于成本考慮，一般將插裝器件的焊接面放在同一面，一次過(guò)爐。

四、通孔回流焊（PIHR，Pin-in-Hole Reflow）

1.定義

通孔回流焊工藝并不常用，它是指把有電子元器件的引腳插入填滿(mǎn)錫膏的插件孔中，并且使用回流焊的工藝，可實(shí)現(xiàn)對(duì)通孔器件和表面貼裝元件同時(shí)進(jìn)行回流焊。再通過(guò)回流焊接制程，將通孔件和SMT表貼器件過(guò)一次回流同時(shí)焊接到PCB板上。

2.主要特點(diǎn)

相比波峰焊，通孔回流焊具有以下優(yōu)勢(shì)：

PCB板面干凈，外觀明顯比波峰焊好。

簡(jiǎn)化了工序、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

虛焊、連錫等焊接缺陷少，修板的工作量減少。

波峰焊特別適用于表面貼裝器件很多而插裝器件特別少的場(chǎng)景。但要實(shí)現(xiàn)通孔焊回流焊，插裝器件須滿(mǎn)足以下要求：

耐熱材料。多數(shù)通孔焊接器件是為波峰焊接設(shè)計(jì)，只需要在底部承受不超過(guò)150℃（電路板溫度）的高溫小于3S（錫點(diǎn)250℃左右）。但通孔回流焊接需要器件承受260℃大于等于10S。絕緣體材料必須能夠承受有鉛和/或無(wú)鉛回流焊的高溫。

焊腳長(zhǎng)度。焊點(diǎn)外觀的關(guān)鍵影響因素之一，推薦焊腳超出板面長(zhǎng)度不超過(guò)1.5mm。太長(zhǎng)會(huì)把錫膏推出太遠(yuǎn)，無(wú)法潤(rùn)濕回位，也需求更多的錫量形成潤(rùn)濕角。太短，如不超出板面也不利于焊點(diǎn)形成潤(rùn)濕角，影響外觀檢驗(yàn)判斷。

焊腳良好的潤(rùn)濕性。插件針腳優(yōu)選鍍錫，銅鍍、1U金不利于潤(rùn)濕回位。

需足夠的空間給錫膏印刷。器件的塑膠部分懸空高度=印刷錫膏厚度+0.15mm。因?yàn)橥ǔ?huì)根據(jù)PCB孔徑、焊環(huán)寬度加大開(kāi)口，以保證回流焊接后通孔內(nèi)有足夠的焊料填充。當(dāng)加大鋼網(wǎng)開(kāi)口后，熔融的焊料回縮時(shí)不能受阻擋。也就是開(kāi)口大。

適合自動(dòng)貼片。包裝方式滿(mǎn)足全自動(dòng)貼片機(jī)自動(dòng)供料條件，總高度不超過(guò)16mm。如不滿(mǎn)足需手工放料。

引腳周?chē)拇怪焙退介g隙必須足夠大，以提供足夠的印刷錫膏的空間。該垂直和水平空間需要允許熔融漿料從PCB表面無(wú)阻礙地轉(zhuǎn)移到電鍍通孔中。

審核編輯：湯梓紅