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波峰焊與回流焊:電子焊接工藝大揭秘

2024-12-23
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波峰焊與回流焊:差異總覽

在電子制造領(lǐng)域,波峰焊和回流焊是兩種極為關(guān)鍵的焊接技術(shù)。它們在焊接原理、工藝流程以及適用范圍等方面均存在顯著差異,這些差異使得它們在不同的電子產(chǎn)品生產(chǎn)場景中各展其長。

波峰焊:工作流程與特點(diǎn)

波峰焊的原理

波峰焊是借助泵機(jī)使熔化的焊料形成特定形狀的波峰,當(dāng)插件板的焊接面通過波峰時(shí),元器件的焊端或引腳與液態(tài)錫充分接觸,從而實(shí)現(xiàn)焊接。焊料通常為鉛錫合金或無鉛的錫銀銅合金,其在高溫下呈液態(tài),通過特殊設(shè)計(jì)的噴嘴或泵系統(tǒng)形成穩(wěn)定的波峰形狀。在焊接過程中,插件板以一定的速度和角度通過波峰,使焊料均勻地涂覆在焊接部位,經(jīng)過冷卻后,焊料凝固,形成可靠的電氣連接和機(jī)械連接。

波峰焊的工藝流程


  • 涂布助焊劑:助焊劑的作用是去除焊接面的氧化物,增強(qiáng)焊料的潤濕性,防止焊接時(shí)再次氧化。其涂布方式有噴霧、發(fā)泡和涂刷等,其中噴霧方式最為常用,能使助焊劑均勻地覆蓋在電路板的焊接面。


  • PCB 板預(yù)熱:預(yù)熱的目的是逐步提升 PCB 板的溫度,使助焊劑活化,同時(shí)減少熱沖擊對電路板和元器件的影響。預(yù)熱溫度一般在 90 - 100℃,通過熱輻射、熱風(fēng)對流或紅外線加熱等方式進(jìn)行預(yù)熱。此過程可蒸發(fā)掉電路板吸收的潮氣或稀釋助焊劑的載體溶劑,避免在波峰焊接時(shí)產(chǎn)生焊錫濺射或形成中空焊點(diǎn)等問題。


  • 波峰焊接:預(yù)熱后的 PCB 板進(jìn)入波峰焊接區(qū)域,這里有單波峰和雙波峰兩種形式。單波峰適用于焊接簡單的穿孔式元件,波峰焊料流動(dòng)方向與板子行進(jìn)方向相反,在元件引腳周圍產(chǎn)生渦流,去除助焊劑和氧化膜殘余物,使焊點(diǎn)在浸潤溫度時(shí)形成浸潤。雙波峰則常用于混合技術(shù)組裝件,個(gè)波峰(擾流波)較窄,擾動(dòng)時(shí)垂直壓力高,能使焊錫滲入緊湊的引腳和表面安裝元件焊盤之間;第二個(gè)波峰(層流波或平滑波)可消除個(gè)波峰產(chǎn)生的毛刺和焊橋,使焊接面潤濕良好,完成焊點(diǎn)成形,焊接溫度通常在 220 - 240℃。


  • 線路板風(fēng)冷:焊接后的線路板溫度較高,需要進(jìn)行冷卻。風(fēng)冷是常用的冷卻方式,通過風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流快速帶走線路板上的熱量,使焊料迅速凝固,有助于穩(wěn)定焊點(diǎn)的形狀和質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,并減少熱應(yīng)力對線路板和元器件的影響,保證產(chǎn)品的可靠性。

波峰焊的優(yōu)缺點(diǎn)

  • 優(yōu)點(diǎn)

  • 適合大規(guī)模生產(chǎn):能夠同時(shí)對多個(gè)插件元件進(jìn)行焊接,生產(chǎn)效率高,適用于大批量生產(chǎn)需求。例如在大型家電產(chǎn)品(電視、音響設(shè)備等)以及數(shù)字機(jī)頂盒等的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

  • 焊接牢固:焊料處于流動(dòng)狀態(tài),印制電路板的被焊面能充分與焊料接觸,導(dǎo)熱性好,形成的焊點(diǎn)飽滿、可靠,具有良好的電氣連接和機(jī)械強(qiáng)度。

  • 工藝成熟:波峰焊技術(shù)經(jīng)過長期發(fā)展,工藝相對成熟,設(shè)備穩(wěn)定性較高,操作和維護(hù)相對容易掌握,在電子制造行業(yè)中應(yīng)用廣泛,技術(shù)支持和配套服務(wù)較為完善。


  • 缺點(diǎn)


  • 對元件耐熱性有要求:焊接過程中,元件需要承受較高的溫度,對于一些耐熱性較差的元件可能會(huì)造成損壞,限制了其在某些對溫度敏感的電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。


  • 可能產(chǎn)生錫渣:焊料在高溫下與空氣接觸,容易氧化產(chǎn)生錫渣,不僅增加了生產(chǎn)成本(需要定期清理錫渣并補(bǔ)充焊料),還可能影響焊接質(zhì)量,若錫渣混入焊點(diǎn),會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)缺陷。


  • 不適合小型元件和密集電路板:波峰焊的焊料波峰在焊接小型元件或引腳間距密集的電路板時(shí),容易出現(xiàn)橋接、短路等問題,難以控制焊料的分布,對于精細(xì)間距的焊接效果不如回流焊。

回流焊:工藝特色與優(yōu)勢

回流焊的原理

回流焊的核心原理是利用加熱電路將空氣或氮?dú)饧訜岬教囟囟群?,吹向已貼好元件的線路板,使預(yù)先涂布在焊盤上的焊料融化,從而實(shí)現(xiàn)元器件與電路板之間的電氣連接與機(jī)械連接。在這個(gè)過程中,焊料經(jīng)歷了從固態(tài)到液態(tài)再到固態(tài)的轉(zhuǎn)變,通過控制溫度和時(shí)間,確保焊料能夠充分潤濕焊盤和元器件引腳,形成可靠的焊點(diǎn)。

回流焊的工藝流程

  • 單面貼裝流程


  • 預(yù)涂錫膏:使用絲網(wǎng)印刷機(jī)將錫膏地印刷到 PCB 的焊盤上,錫膏通常由焊錫粉、助焊劑和溶劑組成,其印刷質(zhì)量直接影響后續(xù)焊接的效果。


  • 貼片:借助貼片機(jī)把表面貼裝元器件精準(zhǔn)地放置在印有錫膏的焊盤上,貼片的位置精度對于保證焊接質(zhì)量至關(guān)重要。


  • 回流焊:這一環(huán)節(jié)包含多個(gè)溫區(qū),依次為預(yù)熱區(qū)、保溫區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)。在預(yù)熱區(qū),PCB 和元器件逐漸升溫,焊料膏中的溶劑開始揮發(fā),助焊劑活化;進(jìn)入保溫區(qū)后,錫膏被進(jìn)一步加熱至接近熔點(diǎn);到達(dá)回流區(qū)時(shí),溫度迅速上升到焊料的熔化溫度(一般在 220°C 至 250°C 之間),焊料完全熔化,形成液態(tài)焊接點(diǎn),在此過程中,元器件與 PCB 焊盤之間的連接得以確立;最后在冷卻區(qū),焊料快速冷卻并固化,使焊接點(diǎn)穩(wěn)定,確保連接的可靠性。


  • 檢查及電測試:對焊接完成的線路板進(jìn)行全面檢查,包括外觀檢查(如焊點(diǎn)是否飽滿、有無虛焊、橋接等缺陷)和電性能測試,以篩選出不良品,保證產(chǎn)品質(zhì)量。


  • 雙面貼裝流程


  • A 面預(yù)涂錫膏:與單面貼裝的預(yù)涂錫膏步驟相同,在 PCB 的 A 面焊盤上印刷錫膏。


  • 貼片:將表面貼裝元器件放置在 A 面的錫膏上。


  • 回流焊:使 A 面的元器件完成焊接。


  • B 面預(yù)涂錫膏:在 PCB 的 B 面進(jìn)行錫膏印刷。


  • 貼片:在 B 面放置元器件。


  • 回流焊:再次進(jìn)行回流焊操作,完成 B 面的焊接。


  • 檢查及電測試:對雙面焊接后的線路板進(jìn)行嚴(yán)格檢查與電性能測試,確保產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

回流焊的優(yōu)缺點(diǎn)


  • 優(yōu)點(diǎn)


  • 溫度控制精準(zhǔn):能夠設(shè)定和控制各個(gè)溫區(qū)的溫度,使焊接過程中的溫度曲線更加符合工藝要求,從而有效提高焊接質(zhì)量,減少焊接缺陷的產(chǎn)生,例如對于一些對溫度敏感的元器件,能夠在合適的溫度范圍內(nèi)完成焊接,避免因溫度過高或過低導(dǎo)致元器件損壞或焊接不良。


  • 避免氧化:整個(gè)焊接過程在相對封閉的回流焊爐內(nèi)進(jìn)行,并且可以使用氮?dú)獾榷栊詺怏w進(jìn)行保護(hù),減少了焊料和元器件在焊接過程中與氧氣的接觸,降低了氧化的可能性,有助于提高焊點(diǎn)的質(zhì)量和可靠性。


  • 適合貼片元件焊接:特別適用于表面貼裝元器件(SMC/SMD)的焊接,對于引腳間距小、體積微小的貼片元件,能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高密度的焊接,廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦主板、數(shù)碼產(chǎn)品等電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造,滿足其小型化、輕量化和高性能的需求。


  • 高生產(chǎn)效率與自動(dòng)化程度:作為一種自動(dòng)化生產(chǎn)工藝,回流焊可以與貼片機(jī)等設(shè)備組成自動(dòng)化生產(chǎn)線,實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),大大提高了生產(chǎn)效率,適合大批量生產(chǎn)的需求。同時(shí),自動(dòng)化操作減少了人為因素對焊接質(zhì)量的影響,提高了產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。


  • 節(jié)省材料:相比波峰焊,回流焊過程中錫膏的使用量相對較少,且錫膏的利用率較高,有助于降低生產(chǎn)成本,同時(shí)也減少了因錫渣產(chǎn)生帶來的材料浪費(fèi)和環(huán)境問題。


  • 環(huán)保:采用無鉛錫膏進(jìn)行焊接,符合環(huán)保要求,減少了對環(huán)境的污染和對操作人員健康的危害,順應(yīng)了電子行業(yè)綠色環(huán)保發(fā)展的趨勢。


  • 缺點(diǎn)


  • 設(shè)備昂貴:回流焊所需的設(shè)備,如回流焊爐、溫度控制系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線等,價(jià)格較高,初期投資較大,對于一些資金有限的企業(yè)來說,可能會(huì)面臨較大的經(jīng)濟(jì)壓力。


  • 對操作要求高:雖然是自動(dòng)化生產(chǎn)工藝,但對操作人員的技能和經(jīng)驗(yàn)要求較高。操作人員需要熟悉設(shè)備的操作流程、參數(shù)設(shè)置、溫度曲線調(diào)整等知識,并且能夠及時(shí)處理生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題,如焊接缺陷、設(shè)備故障等,否則可能會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。


  • 熱應(yīng)力問題:在回流焊過程中,電子元件和印刷電路板需要承受較高的溫度變化,這可能會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力問題的產(chǎn)生。熱應(yīng)力可能使元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損、引腳變形或電路板分層等,從而影響產(chǎn)品的性能和可靠性,尤其對于一些大型、復(fù)雜或多層的 PCB 板,熱應(yīng)力問題更為突出。


  • 可能產(chǎn)生焊接缺陷:盡管回流焊能夠提高焊接質(zhì)量,但在某些情況下,仍然可能出現(xiàn)焊接缺陷,如虛焊、錫珠、橋接、開路等。這些缺陷的產(chǎn)生可能與焊料質(zhì)量、印刷精度、貼片精度、溫度曲線設(shè)置、設(shè)備穩(wěn)定性等多種因素有關(guān),需要在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié),以降低缺陷率。

波峰焊與回流焊的區(qū)別:應(yīng)用場景與工藝特性

適用元件類型

波峰焊主要適用于插腳電子元器件,如 DIP 封裝的集成電路、連接器、電阻電容等。這些元器件具有引腳,需要插入 PCB 板的通孔中進(jìn)行焊接。而回流焊則特別適用于貼片電子元器件,像貼片電阻、貼片電容、貼片 IC 等。這類元器件直接貼裝在 PCB 板表面,無引腳或引腳較短,通過焊盤與 PCB 連接。例如在手機(jī)主板的生產(chǎn)中,大量的貼片電容、電阻等使用回流焊;而電腦電源中,一些較大的插件式連接器則采用波峰焊。

焊接工藝細(xì)節(jié)

在焊接前,PCB 板的狀態(tài)有所不同。波峰焊時(shí),PCB 板上爐前并沒有焊料,是在焊接過程中,焊機(jī)產(chǎn)生的焊料波峰把焊料涂布在需要焊接的焊盤上完成焊接;回流焊則在 PCB 上爐前已經(jīng)通過錫膏印刷機(jī)涂上焊料,焊接時(shí)只是把預(yù)先涂敷的錫膏融化并通過高溫進(jìn)行焊接。焊接過程中的加熱方式也不一樣,波峰焊是利用高溫液態(tài)錫形成的波峰對元件引腳進(jìn)行加熱,使焊料熔化實(shí)現(xiàn)焊接;回流焊則是依靠高溫?zé)犸L(fēng)或紅外輻射等熱源,讓預(yù)先涂布在焊盤上的焊錫膏熔化,從而完成焊接。

生產(chǎn)效率與成本

大規(guī)模生產(chǎn)中,波峰焊的生產(chǎn)效率相對較低,因?yàn)槠浜附铀俣容^慢,一次只能對一批插件元件進(jìn)行焊接?;亓骱傅暮附铀俣容^快,能在較短時(shí)間內(nèi)完成多個(gè)貼片元件的焊接,適用于大規(guī)模生產(chǎn),可顯著提高生產(chǎn)效率。從設(shè)備成本來看,波峰焊設(shè)備相對簡單,成本較低;回流焊設(shè)備較為復(fù)雜,如回流焊爐、溫度控制系統(tǒng)等價(jià)格較高,初期投資大。在材料成本方面,波峰焊由于焊料波峰的形成和錫渣產(chǎn)生等,焊料消耗較多;回流焊中錫膏的使用量相對較少且利用率高,材料成本較低。人力成本上,波峰焊操作相對簡便,對人員技能要求不高;回流焊對操作人員的技能和經(jīng)驗(yàn)要求較高,人力成本可能會(huì)增加。

選擇波峰焊還是回流焊?

在選擇波峰焊還是回流焊時(shí),需要綜合考慮多方面因素。對于電子產(chǎn)品類型,如果是大型、厚重且插件元件較多的產(chǎn)品,如工業(yè)控制設(shè)備、電源等,波峰焊更為合適;而小型、輕薄、貼片元件密集的產(chǎn)品,如手機(jī)、電腦主板等,則回流焊更具優(yōu)勢。在設(shè)計(jì)需求方面,若對焊接精度和質(zhì)量要求極高,回流焊是更好的選擇;若對成本較為敏感且對精度要求不是特別苛刻,波峰焊的成本效益可能更符合需求。生產(chǎn)規(guī)模上,大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),回流焊的高速度和自動(dòng)化程度能有效提高效率;中小規(guī)模生產(chǎn)則波峰焊的設(shè)備成本和操作簡易性更具吸引力。


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