回流焊工艺

回流焊工艺

(一)摘要：由于电子产品PCB板不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。首先在混合集成电路板组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴装型晶体管及二极管等。随着SMT整个技术发展日趋完善，多种贴片元件（SMC）和贴装器件(SMD)的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用，而回流焊技术，围绕着设备的改进也经历以下发展阶段。

（二）技术产生背景:由于电子产品PCB板不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。起先，只在混合集成电路板组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴装型晶体管及二极管等。随着SMT整个技术发展日趋完善，多种贴片元件（SMC）和贴装器件（SMD）的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用。

（三）发展阶段:根据产品的热传递效率和焊接的可靠性的不断提升，回流焊大致可分为五个发展阶段

第一代:热板传导回流焊设备：热传递效率最慢，5-30 W/m2K（不同材质的加热效率不一样），有阴影效应.

第二代:红外热辐射回流焊设备：热传递效率慢，5-30W/m2K（不同材质的红外辐射效率不一样），有阴影效应，元器件的颜色对吸热量有大的影响。

第三代:热风回流焊设备：热传递效率比较高，10-50 W/m2K，无阴影效应，颜色对吸热量没有影响。

第四代:气相回流焊接系统：热传递效率高，200-300 W/m2K，无阴影效应，焊接过程需要上下运动，冷却效果差。

第五代真空蒸汽冷凝焊接（真空汽相焊）系统：密闭空间的无空洞焊接，热传递效率最高，300 W-500W/m2K。焊接过程保持静止无震动。冷却效果优秀，颜色对吸热量没有影响

（四）回流焊的工作原理：再流焊又称回流焊。它主要用于贴片元器件的焊接上。再流焊技术是将焊料加工成一定颗粒的，并伴以适当的液态粘合剂，使之成为具有一定流动性的糊状焊膏，用它把将贴片元器件粘在印制电路板上，

然后通过加热使焊膏中的焊料熔化而再次流动，达到将元器件焊接到印制电路

板上的目的。

（五）回流焊技术的工艺流程：（1）焊接准备。焊接前，准备好焊接的印制电路板、贴片元器件等材料以及焊接工具；并将粉末状焊料、焊剂、粘合剂制作

成糊状焊膏。（2）点膏并贴装（印刷）SMT元器件。使用手工、半自动或自动

丝网印刷机，如同油印一样将焊膏印到电路板上。同样，也可以手动或自动化

装置将SMT元器件粘贴到印制电路板上，使他们的电极准确地定位于各自的焊盘。这是焊膏的第一次流动。（3）加热、再流。根据焊膏的熔化温度，加热焊膏，使丝印的焊料（如焊膏）熔化而在被焊工件的焊接面再次流动，达到将元

器件焊接到印制电路板上的目的。由于焊膏在贴装（印刷）SMT元器件过程已

流动过一次，焊接时的这次熔化流动是第二次流动，称为再流焊。再流焊区的

最高温度应控制在使焊膏熔化，且使焊膏中的焊剂和粘合剂气化并排掉。再流

焊到的家人方式通常有：红外线辐射加热、激光加热、热风循环加热、热板加

热及红外光束加热等方式。（4）冷却。焊接完毕，及时将焊接板冷却，避免长时间的高温损坏元器件和印制板，并保证焊点的稳定连接。一般用冷风进行冷

却处理。（5）测试。进行电路检验测试。判断焊点连接的可靠性及有无焊接缺陷。（6）修复、整形。若焊接点出现缺陷男时，及时进行修复并对电路板进行整形。（7）清洗、烘干。修复、整形后，对印制板面残留的焊剂、废渣和污物进行清洗，以免日后残留物侵蚀焊点而影响焊点的质量。然后进行烘干处理，

以去除板面水分并涂敷防潮剂。

热板传导回流焊:这类回流焊炉依靠传送带或推板下的热源加热，通过热传导

的方式加热基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜电路的单面组装，陶瓷基板上只有贴放在传送带上才能得到足够的热量，其结构简单，价格便宜。我国的一些厚膜电路厂在80年代初曾引进过此类设备。

红外线辐射回流焊：此类回流焊炉也多为传送带式，但传送带仅起支托、传送

基板的作用，其加热方式主要依红外线热源以辐射方式加热，炉膛内的温度比

前一种方式均匀，网孔较大，适于对双面组装的基板进行回流焊接加热。这类

回流焊炉可以说是回流焊炉的基本型。在我国使用的很多，价格也比较便宜。

红外加热风（Hot air）回流焊：

这类回流焊炉是在IR炉的基础上加上热风使炉内温度更均匀，单纯使用红外辐射加热时，人们发现在同样的加热环境内，不同材料及颜色吸收热量是不同的，即（1）式中Q值是不同的，因而引起的温升ΔT也不同，例如IC等SMD的封

装是黑色的酚醛或环氧，而引线是白色的金属，单纯加热时，引线的温度低于

其黑色的SMD本体。加上热风后可使温度更均匀，而克服吸热差异及阴影不良

情况，IR + Hot air的回流焊炉在国际上曾使用得很普遍。

充氮（N2）回流焊：随着组装密度的提高，精细间距（Fine pitch）组装技术

的出现，产生了充氮回流焊工艺和设备，改善了回流焊的质量和成品率，已成

为回流焊的发展方向。氮气回流焊有以下优点：（1）防止减少氧化（2）提高焊接润湿力，加快润湿速度（3）减少锡球的产生，避免桥接，得到列好的焊接质量得到列好的焊接质量特别重要的是，可以使用更低活性助焊剂的锡膏，同时也能提高焊点的性能，减少基材的变色，但是它的缺点是成本明

显的增加，这个增加的成本随氮气的用量而增加，当你需要炉内达到1000ppm

含氧量与50ppm含氧量，对氮气的需求是有天壤之别的。现在的锡膏制造厂商

都在致力于开发在较高含氧量的气氛中就能进行良好的焊接的免洗焊膏，这样

就可以减少氮气的消耗。对于中回流焊中引入氮气，必须进行成本收益分析，它的收益包括产品的良率，品质的改善，返工或维修费的降低等等，完整无误

的分析往往会揭示氮气引入并没有增加最终成本，相反，我们却能从中收益。

在目前所使用的大多数炉子都是强制热风循环型的，在这种炉子中控制氮气的

消耗不是容易的事。有几种方法来减少氮气的消耗量，减少炉子进出口的开口

面积，很重要的一点就是要用隔板，卷帘或类似的装置来阻挡没有用到的那部

分进出口的空间，另外一种方式是利用热的氮气层比空气轻且不易混合的原理，在设计炉的时候就使得加热腔比进出口都高，这样加热腔内形成自然氮气层，

减少了氮气的补偿量并维护在要求的纯度上。

双面回流焊:双面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，双面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

双面回流焊，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。已经发现有几种方法来实现双面回流焊：一种是用胶来粘住第一面元件，那当

它被翻过来第二次进入回流焊时元件就会固定在位置上而不会掉落，这个方法

很常用，但是需要额外的设备和操作步骤，也就增加了成本。第二种是应用不

同熔点的焊锡合金，在做第一面是用较高熔点的合金而在做第二面时用低熔点

的合金，这种方法的问题是低熔点合金选择可能受到最终产品的工作温度的限制，而高熔点的合金则势必要提高回流焊的温度，那就可能会对元件与PCB本

身造成损伤。对于大多数元件，熔接点熔锡表面张力足够抓住底部元件话形成

高可靠性的焊点，元件重量与引脚面积之比是用来衡量是否能进行这种成功焊

接一个标准，通常在设计时会使用30g/in2这个标准，第三种是在炉子低部吹

冷风的方法，这样可以维持PCB底部焊点温度在第二次回流焊中低于熔点。但

是潜在的问题是由于上下面温差的产生，造成内应力产生，需要用有效的手段

和过程来消除应力，提高可靠性。以上这些制程问题都不是很简单的。但是它们正在被成功解决之中。勿容置疑，在未来的几年，双面板会断续在数量上

和复杂性性上有很大发展。

通孔回流焊:通孔回流焊有时也称作分类元件回流焊，正在逐渐兴起。它可以去除波峰焊环节，而成为PCB混装技术中的一个工艺环节。一个最大的好处就是

可以在发挥表面贴装制造工艺的优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械联

接强度。对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚

都能和焊盘接触，同时，就算引脚和焊盘都能接触上，它所提供的机械强度也

往往是不够大的，很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。尽管通孔回流焊可发取得偿还好处，但是在实际应用中仍有几个缺点，锡膏量大，这样会增

加因助焊剂的挥了冷却而产生对机器污染的程度，需要一个有效的助焊剂残留

清除装置。另外一点是许多连接器并没有设计成可以承受回流焊的温度，早期基于直接红外加热的炉子已不能适用，这种炉子缺少有效的热传递效率来处理

一般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在一块PCB上的能力。

只有大容量的具有高的热传递的强制对流炉子，才有可能实现通孔回流，并且