回流爐焊接

回流焊是將表面貼裝元件連接到電路板的最常用方法，但它也可用於通孔元件，方法是用焊膏填充孔並將元件引線插入焊膏。因為波峰焊可以更簡單和更便宜，回流焊一般不用於純通孔板。當用於包含 SMT 和 THT 組件混合的電路板時，通孔回流允許從裝配過程中消除波峰焊步驟，從而有可能降低裝配成本。

回流工藝的目標是熔化焊料並加熱相鄰表面，而不會過熱和損壞電子元件。在傳統的回流焊工藝中，通常有四個階段，稱為“區域”，每個階段都有不同的熱分佈：預熱、熱浸泡（通常簡稱為浸泡）、回流和冷卻。

 

預熱區

最大斜率是一種溫度/時間關係，用於衡量印刷電路板上溫度變化的速度。預熱區通常是最長的區域，並且通常會確定升溫速率。上升速率通常介於每秒 1.0 °C 和 3.0 °C 之間，通常下降在每秒 2.0 °C 和 3.0 °C（4 °F 到 5 °F）之間。如果速率超過最大斜率，可能會因熱衝擊或開裂而損壞組件。

焊膏也會產生飛濺效應。預熱段是焊膏中的溶劑開始蒸發的地方，如果上升速率（或溫度水平）太低，助焊劑揮發物的蒸發不完全。

 

保溫區

第二部分，熱浸泡，通常暴露 60 到 120 秒，以去除焊膏揮發物並激活助焊劑（參見助焊劑），此時助焊劑成分開始在元件引線和焊盤上進行氧化還原。溫度過高會導致焊料飛濺或起球，以及焊膏、連接焊盤和元件端接處的氧化。

同樣，如果溫度太低，助焊劑可能無法完全激活。在均熱區的末端，整個組件需要在回流區之前達到熱平衡。如果 PCB 組件非常大，建議採用保溫配置文件以減少不同尺寸組件之間的任何 delta T。還建議採用浸泡曲線以減少面陣型封裝中的空洞。

 

回流區

第三部分，回流區，也稱為“回流以上時間”或“液相線以上時間”(TAL)，是過程中達到最高溫度的部分。一個重要的考慮因素是峰值溫度，這是整個過程的最高允許溫度。常見的峰值溫度高於液相線 20–40 °C。此限制由組件上對高溫耐受性最低的組件（最容易受到熱損壞的組件）決定。標準準則是從最脆弱的組件可以承受的最高溫度中減去 5°C，以達到工藝的最高溫度。監控過程溫度以防止其超過此限制非常重要。

此外，高溫（超過 260 °C）可能會損壞 SMT 組件的內部芯片並促進金屬間化合物的生長。相反，溫度不夠高可能會阻止焊膏充分回流。

高於液相線的時間 (TAL)，或高於回流的時間，測量焊料處於液態的時間。助焊劑降低了金屬接合處的表面張力以實現冶金結合，從而使各個焊粉球結合。如果曲線時間超過製造商的規格，結果可能是助焊劑過早激活或消耗，從而在焊點形成之前有效地“乾燥”焊膏。時間/溫度關係不充分會導致助焊劑清潔作用下降，導致潤濕不良、溶劑和助焊劑去除不充分，並可能導致焊點缺陷。

專家通常建議盡可能短的 TAL，然而，大多數粘貼指定的最小 TAL 為 30 秒，儘管似乎沒有明確的理由說明該特定時間。一種可能是 PCB 上有些地方在性能分析期間未測量，因此，將最小允許時間設置為 30 秒可減少未測量區域未回流的可能性。較長的最短回流時間還提供了防止爐溫變化的安全餘量。潤濕時間最好保持在液相線以上 60 秒以下。超過液相線的額外時間可能會導致金屬間化合物過度生長，從而導致接頭變脆。電路板和組件也可能在液相線上長時間損壞，並且大多數組件都有明確定義的時間限制，即它們可以暴露在超過給定最大值的溫度下多長時間。

高於液相線的時間太短可能會滯留溶劑和助焊劑，並可能產生冷接頭或鈍接頭以及焊料空洞。

 

冷卻區

最後一個區域是冷卻區，用於逐漸冷卻處理後的板並固化焊點。適當的冷卻可抑製過多的金屬間化合物形成或對組件的熱衝擊。冷卻區的典型溫度範圍為 30–100 °C (86–212 °F)。選擇較快的冷卻速率以形成機械性能最佳的細晶粒結構。

[1] 與最大斜升率不同，斜降率通常被忽略。可能在某些溫度以上斜率不太重要，但是，任何組件的最大允許斜率都應該適用，無論組件是加熱還是冷卻。通常建議使用 4°C/s 的冷卻速率。它是分析過程結果時要考慮的參數。

術語“回流焊”用於指代焊料合金的固態物質一定會熔化（而不是僅僅軟化）的溫度。如果冷卻到這個溫度以下，焊料將不會流動。再次在其上方加熱，焊料將再次流動——因此“再流動”。

使用回流焊的現代電路組裝技術不一定允許焊料流動不止一次。他們保證焊膏中含有的粒狀焊料超過所涉及焊料的回流溫度。

熱分析