SMT回流焊工艺核心解析

1. 摘要

本文件旨在系统性地介绍表面贴装技术（SMT）中的核心工艺——对流回流焊（以下简称回流焊）。内容涵盖其基本原理、设备关键构成、核心工艺参数（温度曲线）的解析以及应用范围。本文档是理解和优化回流焊工艺的基础，适用于工艺工程师、生产管理人员及所有相关技术从业者。

2. 回流焊简介

回流焊是通过重新熔化预先印刷在PCB焊盘上的锡膏，从而实现表面组装元器件焊端或引脚与PCB焊盘之间机械与电气连接的一种焊接工艺。它是SMT制程中的关键环节，直接决定了最终产品的焊接质量与可靠性。

基本原理：将贴装好元件的PCB板置于回流焊炉中，传送带带动PCB依次通过炉膛内各个温区，经历预热、保温、回流和冷却四个阶段，使锡膏经历加热、熔化、润湿、冷却凝固的过程，最终形成永久性的焊点。

3. 回流焊炉基本结构

一台典型的对流回流焊炉由以下部分构成：

加热系统：包含多个独立的加热温区（通常6-13个），每个温区可通过发热管和风机进行精确的温度控制。

传送系统：由耐高温的Mesh网带或链条导轨组成，以恒定速度输送PCB通过整个炉膛。

冷却系统：位于炉体出口端，通过强制风冷或水冷热交换器，对完成焊接的PCB进行快速可控的冷却，形成细密的焊点晶粒结构。

控制系统：PLC或工业计算机，用于设置和存储各温区温度、传送带速度、气体流量等参数，并监控设备运行状态。

氮气保护系统（可选）：向炉腔内注入高纯度氮气（N₂），降低氧气含量，以防止焊接过程中的氧化，改善焊点的润湿性和表面光洁度。

4. 回流焊温度曲线解析

温度曲线（Temperature Profile）是回流焊工艺的灵魂，它描述了PCB上某一点的温度随时间变化的曲线。一条优化的曲线是确保焊接质量的前提。其可分为四个关键阶段：

典型回流焊温度曲线图

温度 (°C) |

| Preheat Soak/保温 Reflow/回流 Cooling/冷却

| /-->---|------------->|峰值温度 |

| / | / |

|/ | / |

|----------|----------|-------|-------------|-----> 时间 (s)

升温区保温区回流区冷却区

预热区（Preheat Zone）：

目的：使PCB和元件均匀升温，激活焊膏中的助焊剂，蒸发部分溶剂。

关键参数：升温速率通常控制在1.0-3.0°C/s。过快会导致元件热应力开裂和焊料飞溅；过慢则使助焊剂过度挥发。

保温/活性区（Soak/Activation Zone）：

目的：使PCB上不同大小、质量的元件温度趋于稳定，减少温差。助焊剂在此阶段彻底清除焊盘和元件引脚表面的氧化物。

关键参数：温度通常维持在120-160°C之间，时间约为60-120秒。

回流区（Reflow Zone）：

目的：将焊膏加热到熔点以上，使其熔化、润湿焊盘和元件引脚，形成金属间化合物（IMC），实现冶金连接。

关键参数：峰值温度（Peak Temperature）：通常比焊膏熔点高20-30°C（例如，对于SAC305焊膏，熔点217°C，峰值温度需达240-250°C）。

液相线以上时间（Time Above Liquidus, TAL）：通常要求为30-90秒。时间过短可能导致焊接不充分；过长则IMC过厚、增加脆性，并可能损坏元件或PCB。

冷却区（Cooling Zone）：

目的：使熔融焊料凝固成型，形成可靠的焊点。

关键参数：冷却速率通常控制在2-4°C/s。适当的冷却速率可以形成细密的微观焊点结构，提升机械强度。

5. 氮气（N₂）保护的应用

在回流焊中注入氮气（将炉内氧气含量控制在1000ppm以下，甚至<100ppm）可带来显著好处：

减少氧化：显著改善焊点的润湿性，提高焊接质量。

提高焊点光亮度和一致性。

允许使用更低的活性助焊剂，减少后续清洗的残留物。
尽管会增加运营成本，但在焊接BGA、CSP、细间距元件或使用低固含量焊膏时，氮气保护几乎是必不可少的。

6. 优势与应用范围

优势：

成熟稳定：技术非常成熟，工艺窗口宽，易于控制。

高效高产：可连续生产，效率极高。

成本效益高：设备成本和运营成本相对于真空回流焊更具优势。

适用范围广：覆盖了消费电子、家电、汽车电子、工业控制等绝大多数应用场景。

局限性：

在焊接存在“气穴”效应的元件（如QFN、大尺寸BGA、功率模块）时，难以彻底消除焊接空洞（Voids）。

对于极端热敏感或超大尺寸的PCB，热均匀性控制是一大挑战。

7. 结论

对流回流焊是电子制造业中不可或缺的基石工艺。深刻理解其设备原理、精准掌控温度曲线，是保障SMT生产良率与可靠性的关键。它以其卓越的性价比和稳定性，继续支撑着全球绝大部分电子产品的制造。

对于绝大多数常规应用，优化后的对流回流焊足以提供完美可靠的焊点。而当面对更高可靠性的需求（如超低空洞率）时，则可考虑我司提供的真空回流焊解决方案作为技术升级。