在表面貼裝技術(SMT)的工藝流程中,各種微小精密的電子元器件,像貼片式的晶體管、集成電路芯片、陶瓷電容、貼片電阻等,需要準確無誤地固定在印制
電路板(
PCB)對應的焊盤位置上。SMT
回流焊就能很好地完成這一任務,它通過精準控制溫度等條件,促使錫膏熔化并凝固,從而在元器件引腳與 PCB
焊盤之間構建起穩(wěn)固且良好的電氣連接與機械連接,為整個電子產品的電路正常導通和穩(wěn)定運行打下堅實基礎。
例如,在智能手機生產過程中,主
板上數(shù)以百計的微小貼片元器件,都是依靠回流焊工藝來完成焊接,保障手機各功能模塊正常協(xié)作。
回流焊工藝非常契合大規(guī)模、自動化的生產模式。在電子制造工廠中,PCB 板可以放置在回流焊設備的傳送帶上,按照既定程序依次有序地通過各個溫區(qū)進行焊接操作,整個過程無需人工逐個進行焊接干預。
相較于傳統(tǒng)手工焊接,它極大地加快了焊接速度,能夠在短時間內完成大量 PCB 板的焊接工作,比如一個中型電子廠,采用回流焊設備后,原本一天手工焊接只能完成幾十塊 PCB 板,使用回流焊設備后每天能處理數(shù)千塊,滿足了現(xiàn)代電子產品快速推向市場的產量需求。
回流焊設備能夠精確調控焊接過程中的關鍵參數(shù),像不同階段的溫度、在各溫區(qū)停留的時間以及冷卻的速度等。這使得每一次焊接操作,無論對于同一批次還是不同批次的產品,都能保證在高度一致的理想條件下開展,讓焊接質量始終保持穩(wěn)定。
例如在生產電腦主板時,穩(wěn)定的回流焊工藝確保了各個焊點的質量均勻,不會出現(xiàn)有的焊點牢固、有的焊點虛焊的情況,從而降低了因焊接問題導致的產品不良率,提高了產品整體的可靠性和耐用性。
回流焊設備內部通常劃分成多個溫區(qū),主要包含預熱區(qū)、保溫區(qū)、回流區(qū)以及冷卻區(qū)這幾個關鍵部分,它們共同塑造出一條完整的溫度曲線,而每個溫區(qū)都有著不可或缺的功能。
預熱區(qū):其作用是逐步且溫和地提升 PCB
板以及貼裝在上面的元器件的溫度。這是因為如果一開始就采用高溫,由于元器件和 PCB 板各部分熱膨脹系數(shù)不同,容易產生熱應力,導致 PCB
板變形或者元器件受損。通過預熱,能讓它們慢慢適應后續(xù)更高溫度的環(huán)境,同時也有助于激活錫膏中的助焊劑成分,使其更好地發(fā)揮去除氧化物、改善焊接潤濕性的作用。一般來說,預熱區(qū)的溫度會從室溫逐漸上升到大概
150℃左右,升溫速率控制在每秒 1 - 3℃左右。
保溫區(qū):當經過預熱區(qū)后,PCB 板進入保溫區(qū),這里溫度基本維持在一個相對穩(wěn)定的區(qū)間,通常在 150℃ -
180℃之間。在這個溫區(qū),錫膏中的助焊劑能夠充分地發(fā)揮作用,進一步去除焊接表面的氧化物,并且使錫膏中的焊錫顆粒均勻受熱,為即將到來的回流焊接做好充分準備,保證后續(xù)熔化過程更加均勻順暢。
回流區(qū):這是整個溫度曲線中的核心區(qū)域,溫度會快速攀升,一般能達到錫膏中焊錫的熔點之上,像常見的無鉛錫膏,回流區(qū)溫度可能會達到
217℃左右(不同配方的錫膏熔點會有差異)。在這個高溫環(huán)境下,錫膏完全熔化,在液態(tài)狀態(tài)下依靠表面張力、重力等作用,充分填充元器件引腳與 PCB
焊盤之間的間隙,形成良好的焊點形狀,實現(xiàn)可靠的焊接連接。
冷卻區(qū):完成回流焊接后,PCB
板需要快速冷卻下來,冷卻區(qū)的任務就是通過風冷、水冷等冷卻方式,促使焊點快速凝固,使焊錫從液態(tài)變回固態(tài),固定住元器件與 PCB
板的連接狀態(tài)。合理的冷卻速率很關鍵,如果冷卻過慢,可能會導致焊點結晶粗大,影響焊點的機械性能和電氣性能;而冷卻過快,又容易產生熱應力,使焊點出現(xiàn)裂紋等缺陷。一般冷卻速率控制在每秒
3 - 6℃左右。
在整個回流焊過程中,預先涂覆在 PCB 焊盤上的錫膏扮演著關鍵角色。一開始,錫膏處于膏狀,包含了焊錫顆粒、助焊劑以及其他添加劑等成分。
在預熱區(qū),助焊劑開始被激活,隨著溫度升高逐步去除焊接表面的一些輕微氧化物,并改善焊接面的潤濕性。進入回流區(qū)時,焊錫顆粒在高溫作用下熔化匯聚成液態(tài),此時液態(tài)焊錫在元器件引腳和焊盤之間流動、填充,形成牢固的連接。最后到冷卻區(qū),液態(tài)焊錫凝固,將元器件牢牢固定在
PCB 板上,最終完成整個焊接過程。
總之,SMT 回流焊憑借其獨特的作用和科學合理的工作原理,成為現(xiàn)代電子制造行業(yè)中不可或缺的關鍵工藝,有力地推動了電子產品高質量、高效率生產的發(fā)展進程。