电子贴片加工中回流焊炉的工作原理

2024/09/25

在集成电路板等电子贴片加工过程中，需要将贴有各种电子元器件的印刷电路板放入回流焊炉内，通过加热的方式将电子元器件自动焊接到电路板上。在这个生产过程中，保持所有焊接好的回流焊元器件处于要求的温度对产品的质量起着至关重要的作用。回流焊炉内部有几个温度区：预热区、绝缘区、回流区、冷却区。

1、预热区：此区的作用是尽快将PCB加热至室温，达到第二设定目标，但升温速度应控制在合适的范围内。如果升温太快，会产生热冲击，容易损坏PCB及元器件;如果升温太慢，助焊剂活性会影响焊接质量。由于此区升温速度较快，导致后半段温区元器件温差较大。为防止热冲击损坏元器件，一般规定最大升温速度为4℃/秒。通常升温速度设置为1-3度/秒。

2、保温区(The Constant Zone)：指温度从120℃升至160℃的区域。此温区首要目的是使PCB上各元件温度趋于均匀，尽量减小温差。在此区域给予足够的时间，使较显著元件的温度追上较小元件的温度，确保焊膏中助焊剂的有效成分充分发挥作用。在保温区结束时，焊盘、焊膏球、元件引脚上的氧化物应全部清除，整个印制板的温度将达到平衡。需要注意的是，在此区段结束时，PCB上所有元件应具有相同的温度;否则，进入回流区段时，会因各部分温度不均匀而产生各种不良焊接现象，因此应控制此区段的时间。经过多次实验，我们将此区段的时间范围设定为60-100秒。

3、回流区(高温区)：在此区，加热器温度设置为最高，使元件温度快速升至峰值温度。回流段焊接峰值温度随所有焊膏不同而不同，一般建议比焊膏熔点高出20-40℃。对于熔点为183℃的63Sn/37Pb焊膏，峰值温度一般为210-230℃，回流时间不宜过长，防止对PCB产生不良影响。理想的温度分布是超过焊膏熔点的“尖端区域”覆盖体积最小，且呈对称分布。一般情况下，超过200℃的时间范围为30秒，但要视具体情况而定。如果出现假焊、冷焊等其他缺陷，也可适当延长。

4、冷却区：此区熔融焊料已充分润湿待连接表面，应尽可能快速冷却，以帮助获得轮廓完整、接触角较小的光亮焊点。冷却速度过慢将导致PAD分解产物较多进入锡中，造成焊点暗淡、粗糙，严重时会造成焊接不良、焊点结合力不强。冷却段降温速度一般为3-10℃/秒，可降温至75℃，一般采用离子风机强制冷却。

回流焊温度曲线模式

保温模式

这是传统回流焊温度曲线模式

从起始温度快速升温至140-170℃范围内的特定预热温度并保持。TPHH-TPHL需根据回流炉容量确定(±10℃)。然后以约40-120s的温度作为预热区，然后快速升温至回流区，再快速降温至冷却区(要求温变率在4℃/秒以下)。

此机型特点：一般采用较低的预热温度，因此温度对元器件影响较小(即元器件受力较小)，因此需要延长加热时间以达到助焊剂的活化。同时由于从预热区到回流区温度上升很快，容易使焊接流变性变坏，造成位移，助焊剂活化温度也较低。

逐渐加热模式

这是目前最佳的回流焊炉温度曲线。

以较慢的升温速度(0.5-1℃/秒)加热至175℃左右，然后在20-30S内梯度升至约180°，再以2.5-3.5°/秒的速度快速升至约220°，Z后以不大于4℃/秒的速度快速降温。其控制要点是保持特定的预热升温速度，预热终点接近锡的熔点温度。

逐步加热模式的特点

元器件不受剧烈的温度变化影响，焊剂的活化温度可以设定在较高的档位，但焊剂的活化时间较短，同时预热温度较高，使元器件受到高温影响。

上述两种回流焊温度曲线模式的区别主要体现在后者的温度曲线部分无平台结构(即恒温加热区)。由于基板结构及其元器件吸热特性的差异以及器件可控升温速度的限制，在经过回流焊炉的基板不同点还是会存在温度差异。借助于平台形式的减小温度梯度的平衡区，当热点温度低于焊料熔点时，如果维持一段时间，冷点温度就能赶上来。当每个元件达到相同温度后，再进行一次升温程序，使元件升至峰值温度，有效避免局部高温焦化。

另一方面，在获得前一种平台结构时，从室温到恒温预热段和从恒温段到焊料熔化段必然会出现快速加热过程。这和熔点前零件两侧的润湿不均匀有着密切的关系，从而导致翘曲等缺陷。采用室温与焊料熔点之间线性增加的加热温度，有望防止和消除许多SMT电子贴片加工质量问题。