原標題：回流焊原理

回流焊（Reflow Soldering）是電子制造中用于表面貼裝技術（SMT）的核心工藝，通過加熱熔化焊膏中的焊料顆粒，使元器件與PCB焊盤形成可靠的電氣和機械連接。其核心原理基于熱力學相變和潤濕作用，具有高效、高精度、適合自動化生產(chǎn)等優(yōu)點。

一、回流焊的核心原理

1. 焊膏的組成與作用

• 焊膏（Solder Paste）：由焊料合金粉末（如Sn63Pb37、SnAgCu無鉛焊料）和助焊劑（Flux）混合而成。

• 焊料粉末：提供金屬連接，熔化后填充焊盤與引腳間隙。

• 助焊劑：去除氧化膜、降低表面張力、促進潤濕，防止焊接過程中再次氧化。

2. 回流焊的熱過程

回流焊通過加熱曲線（Temperature Profile）控制焊膏的熔化和冷卻，分為以下關鍵階段：

3. 潤濕與金屬間化合物（IMC）形成

• 潤濕：熔化的焊料在助焊劑作用下，與焊盤和元器件引腳表面形成小于90°的接觸角，實現(xiàn)良好附著。

• IMC形成：焊料與基材（如Cu）在界面處反應生成Cu6Sn5、Cu3Sn等金屬間化合物，提供長期可靠性。

二、回流焊的工藝流程

1. 焊膏印刷：

• 通過鋼網(wǎng)將焊膏精確印刷到PCB焊盤上，焊膏厚度和形狀影響焊接質量。

2. 元器件貼裝：

• 貼片機將SMD元器件（如芯片、電阻、電容）放置到焊膏上，依靠焊膏黏性固定。

3. 回流焊接：

• PCB通過回流焊爐，經(jīng)歷預熱、保溫、回流、冷卻階段，完成焊接。

4. 檢測與返修：

• 通過AOI（自動光學檢測）或X-Ray檢測焊點質量，對缺陷焊點進行返修。

三、回流焊的關鍵技術參數(shù)

1. 溫度曲線優(yōu)化

• 升溫速率：預熱區(qū)升溫速率通?！?°C/s，避免熱沖擊。

• 峰值溫度：需高于焊料熔點20~30°C，但低于元器件和PCB的耐熱極限。

• 時間高于液相線（TAL）：焊料處于熔融狀態(tài)的時間需控制在60~90秒，避免IMC過厚或焊點空洞。

2. 氣氛控制

• 氮氣保護：在回流焊爐中充入氮氣（N?），降低氧含量（<50ppm），減少氧化，提升潤濕性和焊點質量。

3. 冷卻速率

• 快速冷卻（如2~4°C/s）可細化焊點晶粒結構，提高機械強度，但過快的冷卻可能導致熱應力或元器件開裂。

四、回流焊的常見缺陷與解決方案

五、回流焊的設備類型

1. 熱風回流焊爐

• 原理：通過加熱管加熱空氣，再由風機將熱風循環(huán)至PCB表面。

• 優(yōu)點：溫度均勻性好，適合大多數(shù)SMT生產(chǎn)。

• 缺點：能耗較高，氮氣消耗量大。

2. 紅外（IR）回流焊爐

• 原理：通過紅外輻射加熱PCB和元器件。

• 優(yōu)點：加熱速度快，適合薄板或小批量生產(chǎn)。

• 缺點：溫度均勻性差，易導致元器件熱應力。

3. 汽相回流焊（VPS）

• 原理：利用高沸點液體（如氟碳化合物）的汽化潛熱加熱PCB，溫度由液體沸點決定（如215°C）。

• 優(yōu)點：溫度均勻性極佳，適合高可靠性焊接（如軍工、航空）。

• 缺點：設備成本高，液體需定期更換。

4. 選擇性回流焊

• 原理：僅對需要焊接的區(qū)域加熱，適合局部返修或混合組裝（如SMT+THT）。

• 優(yōu)點：節(jié)能，減少熱應力。

• 缺點：速度慢，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

六、回流焊的未來發(fā)展趨勢

1. 無鉛化與低溫焊料：

• 環(huán)保法規(guī)推動無鉛焊料（如SnAgCu）普及，同時研發(fā)低溫焊料（如SnBi）以降低熱應力。

2. 微型化與高密度組裝：

• 適應01005元件、3D封裝和系統(tǒng)級封裝（SiP）的需求，優(yōu)化焊膏印刷和回流工藝。

3. 智能化與過程控制：

• 通過實時溫度監(jiān)測、機器學習優(yōu)化溫度曲線，提升良率和一致性。

4. 綠色制造：

• 減少氮氣消耗、開發(fā)無鹵素助焊劑，降低對環(huán)境的影響。

七、總結

回流焊通過焊膏熔化與潤濕實現(xiàn)元器件與PCB的可靠連接，其核心是溫度曲線控制和助焊劑作用。

• 關鍵階段：預熱、保溫、回流、冷卻。

• 常見缺陷：立碑、橋接、空洞、冷焊，需通過優(yōu)化工藝參數(shù)解決。

• 設備選擇：根據(jù)生產(chǎn)需求選擇熱風、紅外、汽相或選擇性回流焊。

隨著電子行業(yè)向小型化、高密度、綠色化發(fā)展，回流焊技術將持續(xù)演進，為先進封裝和智能制造提供支持。