第二部份：回流焊接技术的种类和原理

回流焊接的技术整合管理

第二部份：回流焊接技术的种类和原理

前言：

在上期刊登的本系列的第一篇文章中我和读者们分享了‘技术整合’的概念。本期我们进一步来看看回流技术的种类和原理。了解各种回流技术能够让我们更好计划我们的工艺技术发展路标，让我们选择最适合的技术配搭，以及让我们了解故障模式的形成和焊接工艺的关系，对我们处理和预防问题的效率起着关键性的作用。

回流焊接的定义：

在电子板组装焊接技术中存在两大类别。一是‘单流’焊接工艺技术(Ｆlow SolｄeringＰroｃｅss）。另一就是‘回流’或‘再流’焊接工艺技术(ReflｏｗＳｏld ｅｒｉｎg Procｅss)。这两大类技术的主要差别在于焊接过程中的焊料(如SｎPb)和形成焊点的热能是否分开或同时出现。在单流焊接中,焊料和热能是同时加在焊点上的,例如手工锡丝焊接和波峰焊接就是属于这种分类。而在回流焊接中,焊料（一般是锡膏或固态焊料)却是和热能（如回流炉子的热风)在不同的工序中加入的。

回流焊接技术的种类:

从以上的定义中,我可以猜测得出，回流焊接技术就不只是我们经常见到使用锡膏印刷,而后热风回流炉子来焊接的一类工艺技术了。事实上回流焊接工艺的种类比起单流焊接工艺种类的来得多。而且各有其能力上的优点和相对的应用范围。

电子组装业界中有不少焊接工艺是属于回流类的，有些已经或即将成为历史,例如气相焊接工艺就是。本篇将只介绍目前还在使用中的以下8种。

1．热板技术；

2．热压技术；

3．热风/热气技术；

4．发热光(白光)技术;

5．激光技术;

6．红外线技术;

7．电感发热技术;

8．火炬技术。

工业界对焊接技术也有另外一种分类的做法,就是按照热的传递方式来分类。也就是按‘传导’、‘辐射’和‘对流’传热模式来分类。例如以上1和2类的热板和热压工艺都属于‘传导’加热工艺;第3类的热风属于‘对流’加热工艺;而第4到

第6项则属于‘辐射’加热工艺。至于那些不采用以上任何方法的,业界将其列为‘特别焊接技术’。而在应用上,这些‘特别焊接技术’也是用在较特别的焊点特性上的。例如热容量超大的焊点等。上述7和８都属于这类焊接技术。

一般而言,前三种技术（传导、辐射和对流）都是用在通用的焊点和PCBA上的。不过他们之间存在一定的特性差异。

首先是‘传导’加热技术。这门技术一般的特性是成本低，工艺能力和质量水平也较低。同时由于属于接触式的焊接,也就存在热和机械力同时存在的风险问题,一般多被采用在低成本、低质量和寿命要求的场合中。

‘辐射’加热技术的优势,是其稳定性在三者中属最好的。一旦工艺参数设置正确，产品的Cp可以是三种技术中最高的。其技术成本也属于中等。介于‘传导’和‘对流’技术之间。不过这门适合高效率生产的技术,会出现材料吸热程度不均的不良现象。所以‘辐射’加热技术在大批量生产技术上基本上被‘对流’加热技术所取代。而只在局部或选择性焊接中保有优势。另外,焊接时会出现过热的风险也是这门技术的一个弱点。

‘对流’技术在大批量生产中是目前的回流焊接技术主流。随着气相技术的被淘汰，现有的技术是处于以强制热空气为主和热气体（无氧环境）为辅的状况。对流技术的最强点,是其能够使焊接对象（PCＢA)上各点的温差保持在最小的程度。不过对流技术的难以掌握和控制，以及设备的成本却是这门技术的缺点。

‘辐射’和‘对流’技术都是属于‘非接触式’的焊接技术。使他们在质量风险的考虑上强于‘传导’技术。

下面我们来看看八种回流焊接技术的特性和优缺点。

热板焊接技术：

这是一种有长久历史的SMT焊接工艺。其工艺原理是将贴片好的PＣＢＡ放置在加热板上(见图一），加热板通过PCＢA基板传热到上面的各个焊点进行焊接。在焊接完成后将PCBA移开完成整个工艺。为了能处理较大热容量的PCＢＡ，热板本身必须具备足够巨大的热容量。而这就影响了温度的反应速度。所以这类焊接技术的设备以采用多段式加热板的设计为佳。

热板技术的优点是简单和低成本。缺点是使用范围较小以及工艺能力较差。由于它必须通过基板传热，基板的材料必须具备良好的导热以及耐高温性能。而且基板必须和热板保持很好的接触。也就是在整个焊接过程中必须平整，不允许产生曲翘，更不能有通孔插件。电子业中常用的FR 系列基材是难以满足这些条件的。也因此这门技术甚少用于FR 系列的基板上。倒是陶瓷基材能很好的满足这些条件。加上陶瓷基板上焊点所面对的焊点疲劳和蠕变问题程度较低,这类热板焊接技术能够满足其要求而同时可以降低加工成本。

热压焊接技术： 这是另外一种常见的接触式热传导焊接技术。通过外形尺寸配合焊端的发热焊接头,接触事先已经上好的固态焊料进行焊接(见图二）。

为了确保传热效率，焊接头必须和焊点有良好的接触。这有赖于足够的接触面积以及适当的压力。这工艺需求以及需要很大个性化的焊接头设计成为了这门技术的缺点。所以这技术并不能使用在所有的焊点设计上。而常做为局部（或称选择性)焊接技术。由于局部焊接技术对器件本体的热危害很小,这类技术也常用来进行对热敏感器件的焊接。热压的另外一个强处，使通过准确的设备定位,可以进行微间距焊接。这些应用的典型的例子就是柔性板和刚性板之间的焊接（图三)和T ＡB 焊接上（图四)。

PCBA IN

hot plate

CONTACT SOLDERING

PCBA OUT

( PRE-HEAT + SOLDERING ) 图一：热板焊接

发热焊头

引脚

PCB

图二: 热压焊接

白热光焊接技术：

这类技术通过光学镜片将高热能的白热光聚焦到焊点上进行焊接（见图五）。做为局部或选择性焊接技术,这是种加热快速、焊接质量控制力强的技术。但由于其焊接方法还是以逐个焊点来进行的方式，对焊点数量多的整个PCBA来说，其焊接速度还是不如红外线或热风回流炉等的表现。所以目前从事大批量生产的用户不多，多用在非PCＢA或有热敏感器件的焊接应用上。由于光学的聚焦能力强，所以这技术的局部性只次于激光技术,能够焊接十分细小的焊点。光学的非接触性焊接也是本技术优点之一。不过相对高的焊接成本,白热光的刺眼,以及辐射加热的可能超温特性却限制了本技术的推广。

图三：柔性板焊接

图四：TAB封装

图五：白热光焊接