原标题：回流焊原理

回流焊（Reflow Soldering）是电子制造中用于表面贴装技术（SMT）的核心工艺，通过加热熔化焊膏中的焊料颗粒，使元器件与PCB焊盘形成可靠的电气和机械连接。其核心原理基于热力学相变和润湿作用，具有高效、高精度、适合自动化生产等优点。

一、回流焊的核心原理

1. 焊膏的组成与作用

• 焊膏（Solder Paste）：由焊料合金粉末（如Sn63Pb37、SnAgCu无铅焊料）和助焊剂（Flux）混合而成。

• 焊料粉末：提供金属连接，熔化后填充焊盘与引脚间隙。

• 助焊剂：去除氧化膜、降低表面张力、促进润湿，防止焊接过程中再次氧化。

2. 回流焊的热过程

回流焊通过加热曲线（Temperature Profile）控制焊膏的熔化和冷却，分为以下关键阶段：

3. 润湿与金属间化合物（IMC）形成

• 润湿：熔化的焊料在助焊剂作用下，与焊盘和元器件引脚表面形成小于90°的接触角，实现良好附着。

• IMC形成：焊料与基材（如Cu）在界面处反应生成Cu6Sn5、Cu3Sn等金属间化合物，提供长期可靠性。

二、回流焊的工艺流程

1. 焊膏印刷：

• 通过钢网将焊膏精确印刷到PCB焊盘上，焊膏厚度和形状影响焊接质量。

2. 元器件贴装：

• 贴片机将SMD元器件（如芯片、电阻、电容）放置到焊膏上，依靠焊膏黏性固定。

3. 回流焊接：

• PCB通过回流焊炉，经历预热、保温、回流、冷却阶段，完成焊接。

4. 检测与返修：

• 通过AOI（自动光学检测）或X-Ray检测焊点质量，对缺陷焊点进行返修。

三、回流焊的关键技术参数

1. 温度曲线优化

• 升温速率：预热区升温速率通常≤3°C/s，避免热冲击。

• 峰值温度：需高于焊料熔点20~30°C，但低于元器件和PCB的耐热极限。

• 时间高于液相线（TAL）：焊料处于熔融状态的时间需控制在60~90秒，避免IMC过厚或焊点空洞。

2. 气氛控制

• 氮气保护：在回流焊炉中充入氮气（N₂），降低氧含量（<50ppm），减少氧化，提升润湿性和焊点质量。

3. 冷却速率

• 快速冷却（如2~4°C/s）可细化焊点晶粒结构，提高机械强度，但过快的冷却可能导致热应力或元器件开裂。

四、回流焊的常见缺陷与解决方案

五、回流焊的设备类型

1. 热风回流焊炉

• 原理：通过加热管加热空气，再由风机将热风循环至PCB表面。

• 优点：温度均匀性好，适合大多数SMT生产。

• 缺点：能耗较高，氮气消耗量大。

2. 红外（IR）回流焊炉

• 原理：通过红外辐射加热PCB和元器件。

• 优点：加热速度快，适合薄板或小批量生产。

• 缺点：温度均匀性差，易导致元器件热应力。

3. 汽相回流焊（VPS）

• 原理：利用高沸点液体（如氟碳化合物）的汽化潜热加热PCB，温度由液体沸点决定（如215°C）。

• 优点：温度均匀性极佳，适合高可靠性焊接（如军工、航空）。

• 缺点：设备成本高，液体需定期更换。

4. 选择性回流焊

• 原理：仅对需要焊接的区域加热，适合局部返修或混合组装（如SMT+THT）。

• 优点：节能，减少热应力。

• 缺点：速度慢，不适合大规模生产。

六、回流焊的未来发展趋势

1. 无铅化与低温焊料：

• 环保法规推动无铅焊料（如SnAgCu）普及，同时研发低温焊料（如SnBi）以降低热应力。

2. 微型化与高密度组装：

• 适应01005元件、3D封装和系统级封装（SiP）的需求，优化焊膏印刷和回流工艺。

3. 智能化与过程控制：

• 通过实时温度监测、机器学习优化温度曲线，提升良率和一致性。

4. 绿色制造：

• 减少氮气消耗、开发无卤素助焊剂，降低对环境的影响。

七、总结

回流焊通过焊膏熔化与润湿实现元器件与PCB的可靠连接，其核心是温度曲线控制和助焊剂作用。

• 关键阶段：预热、保温、回流、冷却。

• 常见缺陷：立碑、桥接、空洞、冷焊，需通过优化工艺参数解决。

• 设备选择：根据生产需求选择热风、红外、汽相或选择性回流焊。

随着电子行业向小型化、高密度、绿色化发展，回流焊技术将持续演进，为先进封装和智能制造提供支持。