回流焊接工艺

回流焊接工艺

回流焊接是表面贴装技术（SMT）特有的重要工艺，焊接工

艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响最终的质量和可靠性。在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中，要得到优质的

焊点，一条优化的回流温度曲线是最重要的因素之一。温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函数，当在笛卡尔平面作图时，回流过程中在任何给定的时间上，代表 PCB 上一个特定点上的温度形成一条曲线。几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是传送带速度和每个温区的温度设定。链速决定基板暴露在每个温区所设定的温度下的持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该温区的温度设定。每个温区所花的持续时间总和决定总共的处理时间。每个区的温度设定影响 PCB 的温度上升速度。增加温区的设定温度允许基板更快地达到给定温度。因此，必须作出一个较好的图形来决定 PCB 的温度曲线，理想的温度曲线由基本的四个区组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。回流炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。在回流焊接过程中，锡膏需经过溶剂挥发；焊剂清除焊件表面的氧化物；锡膏的熔融、再流动以及锡膏的冷却、凝固。以下就对温度曲线图及四个区进行介绍：

1

Peak: 熔点 220℃以

上

210～220℃

180℃150℃

时间 S 250S 200S 150S 100S 50S 预热区：也叫斜坡区。目的：使 PCB 和元器件预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。要保

证升温比较缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热冲击尽可能小，

在这个区，尽量将升温速度控制在 2～5℃/S，较理想的升温速度为

1～3 ℃/S，时间控制在 60～90S 之间。升温过快会造成对元器件的

伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂。同时还会造成焊料飞溅，使

在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。而温度上

升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使 PCB 达到活性温度。锡

炉的预热区一般占整个加热通道长度的 25～33%。

保温区：也称活性区、有时叫做干燥或浸润区。目的：保证在达到回流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除

元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。在这个阶段助焊剂开始挥发，

这个区一般占加热通道的 33～50%。有两个功用：第一是将 PCB 在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们

的相当温差；第二个功能是允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏

中挥发。一般温度范围在 150～180℃，时间范围在 60～120S，升温

速度控制在 0.3～0.5 ℃/S。如果活性区的温度设定太高，助焊剂没

有足够的时间活性化，温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。虽然

有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加，但是理想的曲线要

求相当平稳的温度，这样使得 PCB 的温度在活性区开始和结束时间是

相等的。

回流区：有时叫做峰值区或最后升温区。目的：锡膏中的焊料使

合金属粉开始熔化，再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿焊盘和元器

件，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，对大多数焊料润湿时间为60～90 秒。这个区的作用是将 PCB 装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温

度总是在熔点上。再流焊的温度要高于锡膏的熔点温度，一般要超过

熔点温度 20 度才能保证再流焊的质量。有时也将该区域分为两个区，即熔融区和再流区。（有铅锡的熔点 183℃，无铅锡熔点 216～220℃）

其中温度在 210～220℃范围内的时间控制相当关键，一般控制在

10～20S 为最佳。这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒

2～5℃，或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起 PCB 的弯曲变形、脱层、烧损或烤黄，并损害元件的完整性，特别是一些耐热温度较低的元件。

冷却区：这一阶段锡膏开始凝固。元件被固定在 PCB 上，同样的是降温的速度也不能够快，一般控制在 4℃／Ｓ以下，较理想的降温速度为 3℃／Ｓ。由于过快的降温速度会造成 PCB 产生冷变形，会影响焊点的表面质量。

以下就对由于回流温度曲线设定不合适而造成不良分析：

1. 锡粒问题:

回流焊接中出的锡粒，常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间。在元件贴装过程中，锡膏被置于片式元件的引脚与焊

盘之间，随着印制板穿过回流焊炉，锡膏熔化变成液体，如果与焊盘

和器件引脚等润湿不良，液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分，所

有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊锡会从焊缝流出，形成

锡粒。因此，焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本

原因。

以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施： a) 回流温度曲线设置不当。锡膏的回流是温度与时间的函数，如果未到达足够的

温度或时间，锡膏就不会被回流。预热区温度上升速度过快，达到平

顶温度的时间过短，使锡膏内部的水份、溶剂未完全挥发出来，到达

回流焊温区时，引起水份、溶剂沸腾，溅出焊锡粒。实践证明，将

预热区温度的上升速度控制在 1～4°C/s 是较理想的。 b) 如果在贴片至回流焊的时间过长，则因锡膏中焊料粒子的氧化，焊剂变质、活

性降低，会导致锡膏不回流，焊球则会产生。选用工作寿命长一些的

焊膏（至少 4 小时），则会减轻这种影响。

.锡珠(Solder Balls)：

(1)、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使锡膏弄脏PCB。2、锡膏

在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。3、加热不精确，太慢并不

均匀。4、加热速率太快并预热区间太长。5、锡膏干得太快。6、助焊剂活

性不够。7、太多颗粒小的锡粉。8、回流过程中助焊剂挥发性不适当。

锡球的工艺认可标准是：当焊盘或印制导线的之间距离为0.13mm时，锡珠

直径不能超过0.13mm，或者在600mm平方范围内不能出现超过五个锡珠。

2.竖立问题（曼哈顿现象）

矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为曼哈顿现象。引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀，

锡膏熔化有先后所致。如何减少元件两端受热不均匀： a) 有缺陷

的元件排列方向设计。我们设想在回流炉中有一条横跨锡炉宽度的回

流焊限线，一旦锡膏通过它就会立即熔化。片式矩形元件的一个端头

先通过回流焊限线，锡膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液

态表面张力;而另一端未达到有铅与无铅的熔点的液相温度，锡膏未

熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于回流焊接的表面张力，因而，

使未熔化端的元件端头向上直立。因此，保持元件两端同时进入回流

焊限线，使两端焊盘上的锡膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，

保持元件位置不变。

b) 在进行汽相焊接时 PCB 预热不充分（氮气回流）

汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和 PCB 焊盘上时，释放出热量而熔化锡膏。汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区，在饱和蒸汽区

焊接温度高达 217℃，在生产过程中我们发现，如果被焊组件预热不

充分，经受一百多度的温差变化，汽相焊的汽化力容易将小于 3216