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工程技术应用
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SMT 回流焊的作用与工作原理
14Nov
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SMT 回流焊的作用与工作原理

一、SMT 回流焊的作用

(一)实现电子元器件的高效焊接


在表面贴装技术(SMT)的工艺流程中,各种微小精密的电子元器件,像贴片式的晶体管、集成电路芯片、陶瓷电容、贴片电阻等,需要准确无误地固定在印制电路板PCB)对应的焊盘位置上。SMT 回流焊就能很好地完成这一任务,它通过精准控制温度等条件,促使锡膏熔化并凝固,从而在元器件引脚与 PCB 焊盘之间构建起稳固且良好的电气连接与机械连接,为整个电子产品的电路正常导通和稳定运行打下坚实基础。


例如,在智能手机生产过程中,主上数以百计的微小贴片元器件,都是依靠回流焊工艺来完成焊接,保障手机各功能模块正常协作。

(二)提升生产效率与自动化程度


回流焊工艺非常契合大规模、自动化的生产模式。在电子制造工厂中,PCB 板可以放置在回流焊设备的传送带上,按照既定程序依次有序地通过各个温区进行焊接操作,整个过程无需人工逐个进行焊接干预。


相较于传统手工焊接,它极大地加快了焊接速度,能够在短时间内完成大量 PCB 板的焊接工作,比如一个中型电子厂,采用回流焊设备后,原本一天手工焊接只能完成几十块 PCB 板,使用回流焊设备后每天能处理数千块,满足了现代电子产品快速推向市场的产量需求。

(三)确保焊接质量稳定可靠


回流焊设备能够精确调控焊接过程中的关键参数,像不同阶段的温度、在各温区停留的时间以及冷却的速度等。这使得每一次焊接操作,无论对于同一批次还是不同批次的产品,都能保证在高度一致的理想条件下开展,让焊接质量始终保持稳定。


例如在生产电脑主板时,稳定的回流焊工艺确保了各个焊点的质量均匀,不会出现有的焊点牢固、有的焊点虚焊的情况,从而降低了因焊接问题导致的产品不良率,提高了产品整体的可靠性和耐用性。

二、SMT 回流焊的工作原理

(一)温度曲线的构成与作用


回流焊设备内部通常划分成多个温区,主要包含预热区、保温区、回流区以及冷却区这几个关键部分,它们共同塑造出一条完整的温度曲线,而每个温区都有着不可或缺的功能。


  • 预热区:其作用是逐步且温和地提升 PCB 板以及贴装在上面的元器件的温度。这是因为如果一开始就采用高温,由于元器件和 PCB 板各部分热膨胀系数不同,容易产生热应力,导致 PCB 板变形或者元器件受损。通过预热,能让它们慢慢适应后续更高温度的环境,同时也有助于激活锡膏中的助焊剂成分,使其更好地发挥去除氧化物、改善焊接润湿性的作用。一般来说,预热区的温度会从室温逐渐上升到大概 150℃左右,升温速率控制在每秒 1 - 3℃左右。

  • 保温区:当经过预热区后,PCB 板进入保温区,这里温度基本维持在一个相对稳定的区间,通常在 150℃ - 180℃之间。在这个温区,锡膏中的助焊剂能够充分地发挥作用,进一步去除焊接表面的氧化物,并且使锡膏中的焊锡颗粒均匀受热,为即将到来的回流焊接做好充分准备,保证后续熔化过程更加均匀顺畅。

  • 回流区:这是整个温度曲线中的核心区域,温度会快速攀升,一般能达到锡膏中焊锡的熔点之上,像常见的无铅锡膏,回流区温度可能会达到 217℃左右(不同配方的锡膏熔点会有差异)。在这个高温环境下,锡膏完全熔化,在液态状态下依靠表面张力、重力等作用,充分填充元器件引脚与 PCB 焊盘之间的间隙,形成良好的焊点形状,实现可靠的焊接连接。

  • 冷却区:完成回流焊接后,PCB 板需要快速冷却下来,冷却区的任务就是通过风冷、水冷等冷却方式,促使焊点快速凝固,使焊锡从液态变回固态,固定住元器件与 PCB 板的连接状态。合理的冷却速率很关键,如果冷却过慢,可能会导致焊点结晶粗大,影响焊点的机械性能和电气性能;而冷却过快,又容易产生热应力,使焊点出现裂纹等缺陷。一般冷却速率控制在每秒 3 - 6℃左右。

(二)锡膏在回流焊过程中的变化


在整个回流焊过程中,预先涂覆在 PCB 焊盘上的锡膏扮演着关键角色。一开始,锡膏处于膏状,包含了焊锡颗粒、助焊剂以及其他添加剂等成分。


在预热区,助焊剂开始被激活,随着温度升高逐步去除焊接表面的一些轻微氧化物,并改善焊接面的润湿性。进入回流区时,焊锡颗粒在高温作用下熔化汇聚成液态,此时液态焊锡在元器件引脚和焊盘之间流动、填充,形成牢固的连接。最后到冷却区,液态焊锡凝固,将元器件牢牢固定在 PCB 板上,最终完成整个焊接过程。


总之,SMT 回流焊凭借其独特的作用和科学合理的工作原理,成为现代电子制造行业中不可或缺的关键工艺,有力地推动了电子产品高质量、高效率生产的发展进程。
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