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回流焊與波峰焊:焊接雙雄的差異解析

2024-11-25
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一、回流焊與波峰焊概述

(一)回流焊

回流焊是通過加熱融化預先涂布在焊盤上的焊錫膏,實現電子元器件和 PCB 上的焊盤電氣互連,最終將元器件焊接在 PCB 板上。一般分為預熱區、加熱區和冷卻區。適用于貼片電子元器件。
回流焊的工作原理是將空氣或氮氣加熱到足夠高的溫度后吹向已經貼好元件的線路板,讓元件兩側的焊料融化后與主板粘結。而機器內部的氣體在循環流動所以得名 “回流焊”。
回流焊加工的是外表貼裝的板材,其加工流程較為復雜,可分為單面貼裝和雙面貼裝兩種技術。


  • 單面貼裝:預涂錫膏→貼片(分為手工貼裝和機器自動貼裝)→回流焊→檢查及電測試。


  • 雙面貼裝:A 面預涂錫膏→貼片(分為手工貼裝和機器自動貼裝)→回流焊→B 面預涂錫膏→貼片(分為手工貼裝和機器自動貼裝)→回流焊→檢查及電測試。

(二)波峰焊

波峰焊使用泵機將熔化的焊料噴流成焊料波峰,將電子元器件的引腳通過焊料波峰實現電氣互連。分為噴霧、預熱、錫爐、冷卻四部分。適用于手插板和點膠板。
波峰焊是比較常見的電子設備,其主要目的是為了讓插件板的焊接表面與高溫狀態下的液態錫直接接觸,從而完成焊接。運輸到機器內部的板材噴涂上助焊劑,進行預熱加溫,使焊料與 PCB 板材的焊接面接觸。在機器內部,高溫液態錫由于特殊裝置始終保持一種斜面狀態,且呈現出一道道類似波浪的狀態,由此得名 “波峰焊”。
波峰焊的工藝流程如下:


  1. 涂布助焊劑:pcb 板傳輸進波峰焊機,途徑檢測器,噴頭沿著治具的起始位置勻速噴涂,使 PCB 板的焊盤,電路過孔及元器件引腳表面都涂布上一層助焊劑。


  2. PCB 板預熱:電路板繼續傳送,紅外線熱管或熱板進行加熱,pcb 板加熱到潤濕溫度激活助焊劑,同時在預熱階段濕度控制在 70~110℃之間。


  3. 波峰焊接:隨著焊機內溫度不斷升高,焊膏逐漸被加熱成為液態狀,機器內部特殊裝置使液態錫形成波浪狀,其邊緣板在其上方經過,元器件需要焊接的地方與液態錫接觸,從而可以牢固的粘貼在板上。


  4. 線路板風冷:隨著波峰焊機內部溫度達到峰值,經過制冷系統使 PCB 溫度急劇下降冷卻。

二、回流焊與波峰焊的區別

(一)焊接狀態不同


  1. 波峰焊是熔融的焊錫形成焊料波峰對元件進行焊接。在波峰焊設備中,熔融的軟釬焊料(通常為鉛錫合金)經電動泵或電磁泵噴流成特定形狀的焊料波峰,或者通過向焊料池內注入氮氣來形成波峰。當帶有元器件的印刷電路板經過這些波峰時,元器件的焊端或引腳就會被焊料波峰覆蓋并完成焊接過程。


  2. 回流焊是高溫熱風形成回流熔化焊錫對元件進行焊接。回流焊是通過將空氣或氮氣加熱到足夠高的溫度后吹向已經貼好元件的線路板,讓元件兩側的焊料融化后與主板粘結。而機器內部的氣體在循環流動,從而實現焊接。

(二)工藝不同


  1. 波峰焊要先噴助焊劑,再經過預熱、焊接、冷卻區。當 PCB 板傳輸進波峰焊機后,噴頭會沿著治具的起始位置勻速噴涂助焊劑,使 PCB 板的焊盤、電路過孔及元器件引腳表面都涂布上一層助焊劑。接著,電路板繼續傳送,通過紅外線熱管或熱板進行加熱,將 pcb 板加熱到潤濕溫度激活助焊劑,同時在預熱階段濕度控制在 70~110℃之間。隨著焊機內溫度不斷升高,焊膏逐漸被加熱成為液態狀,機器內部特殊裝置使液態錫形成波浪狀,其邊緣板在其上方經過,元器件需要焊接的地方與液態錫接觸,從而可以牢固的粘貼在板上。最后,隨著波峰焊機內部溫度達到峰值,經過制冷系統使 PCB 溫度急劇下降冷卻。


  2. 回流焊經過預熱區、回流區、冷卻區。回流焊加工的是外表貼裝的板材,在工作前,PCB 板材上已經存在焊料,只需經過預熱區將整塊元件組板的溫度爬升至目標的浸熱溫度,主要是為使元件組板能夠安全并逐步的達到浸熱的工作溫度,也能夠使焊膏中的揮發性溶劑汽化和揮發離去。然后進入浸熱區,通常為 60 至 120 秒的受熱,用于去除焊膏中的揮發性物質和激活助焊劑,助焊劑會開始在元件導線和焊墊上進行氧化還原反應。接著進入回焊區,這是整個過程中達到溫度更高的階段,最重要的即是峰值溫度,也就是整個過程中所允許之更大溫度。常見的峰值溫度為高于焊料液化溫度的 20 至 40℃以上。最后進入冷卻區,處理過后的元件組板逐漸冷卻而與焊接點固化。適當的冷卻能夠抑制金屬互化物的生成或避免元件遭受熱沖擊。

(三)適用范圍不同


  1. 回流焊適用于貼片電子元器件。回流焊采用熱風或紅外輻射加熱方式,使預先放置在 PCB 板上的元器件引腳上的焊膏受熱熔化,冷卻后凝固,從而將元器件與 PCB 板牢固連接。整個過程類似于金屬的熱熔再凝固,無需直接接觸焊接液,特別適用于表面貼裝元件(SMD)的焊接,如芯片、電阻、電容等,因其無需穿孔安裝,可實現高密度組裝,提高產品集成度。


  2. 波峰焊適用于插腳電子元器件。波峰焊通過熔融的焊錫形成波浪狀,PCB 板載著插裝的元器件以一定角度通過波峰,焊錫接觸并覆蓋引腳,冷卻后形成焊接點。這種方式要求元器件引腳需穿過 PCB 板孔洞進行焊接,更適合于穿孔插裝元件(THT)的焊接,如大型集成電路、連接器、變壓器等,通過引腳穿過 PCB 板實現穩固連接。

三、回流焊與波峰焊工藝流程

(一)回流焊工藝流程


  1. 單面貼裝:預涂錫膏后,可選擇手工貼裝或機器自動貼裝將電子元器件貼裝在 PCB 板上,接著進入回流焊環節。在回流焊過程中,空氣或氮氣被加熱到足夠高的溫度后吹向線路板,使元件兩側的焊料融化后與主板粘結,實現電子元器件和 PCB 上的焊盤電氣互連。最后進行檢查及電測試,確保焊接質量和電子元器件的性能。


  2. 雙面貼裝:首先在 A 面預涂錫膏,通過手工貼裝和機器自動貼裝完成電子元器件的貼裝后進行回流焊。然后在 B 面重復預涂錫膏、貼裝和回流焊的步驟。最后進行檢查及電測試,以保證雙面貼裝的質量和可靠性。

(二)波峰焊工藝流程

首先將元件插入相應元件孔中,然后預涂助焊劑,助焊劑可以去除被焊金屬表面的氧化物,促使熱從熱源向焊接區傳遞,并降低融熔焊料表面張力,增強潤濕性。接著進行預烘,使 PCB 板的溫度逐漸升高,激活助焊劑并去除可能吸收的潮氣或稀釋助焊劑的載體溶劑。之后進入波峰焊環節,當 PCB 板通過焊料波峰時,元件的引腳被焊料覆蓋,實現電氣互連。最后切除多余插件腳并進行檢查,確保焊接質量符合要求。


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