回流焊原理和工艺
回流焊原理和工艺
回流焊炉（英文：Reflow
Oven。也叫“再流焊、再流炉、再流焊炉”）是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏装软钎焊料，实现表面组装元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊。即：回流焊是将元器件焊接到PCB板材上，其针对的是表面帖装器件。
目前广泛应用的“热气回流焊”主要靠热气流对焊点的作用，且胶状的焊剂在一定的高温气流下进行物理反应达到SMD的焊接；之所以叫"回流焊"是因为热气体在焊机内循环流动产生高温以达到焊接目的。
&根据产品的热传递效率和焊接可靠性的不断提升，回流焊大致可分为五个发展阶段。
热板传导回流焊设备：热传递效率最慢，5-30 W/m2K（不同材质的加热效率不一样），有阴影效应。
这类回流焊炉依靠传送带或推板下的热源加热，通过热传导的方式加热基板上的元件，用于采用陶瓷（Al2O3）基板厚膜电路的单面组装，陶瓷基板上只有贴放在传送带上才能得到足够的热量，其结构简单，价格便宜。中国的一些厚膜电路厂在80年代初曾引进过此类设备。
红外热辐射回流焊设备：热传递效率慢，5-30W/m2K（不同材质的红外辐射效率不一样），有阴影效应，元器件的颜色对吸热量有大的影响。
此类回流焊炉也多为传送带式，但传送带仅起支托、传送基板的作用，其加热方式主要依红外线热源以辐射方式加热，炉膛内的温度比前一种方式均匀，网孔较大，适于对双面组装的基板进行回流焊接加热。这类回流焊炉可以说是回流焊炉的基本型。在中国使用的很多，价格也比较便宜。
热风回流焊设备：热传递效率比较高，10-50
W/m2K，无阴影效应，颜色对吸热量没有影响。
热风式回流焊炉通过热风的层流运动传递热能，利用加热器与风扇，使炉内空气不断升温并循环，待焊件在炉内受到炽热气体的加热，从而实现焊接。热风式回流焊炉具有加热均匀、温度稳定的特点，PCB的上、下温差及沿炉长方向的温度梯度不容易控制，一般不单独使用。自20世纪90年代起，随着SMT应用的不断扩大与元器件的进一步小型化，设备开发制造商纷纷改进加热器的分布、空气的循环流向，并增加温区至8个、10个，使之能进一步精确控制炉膛各部位的温度分布，更便于温度曲线的理想调节。目前，全热风强制对流回流焊通过不断地改进与完善，已经成为&SMT
焊接的主流设备。
热风式回流焊炉中热气的两种循环(回风)方式：小循环、微循环。
其中，回流焊采用世界领先的微循环技术，把整个炉胆分为若干个独立的小区。与小循环结构比较：由于小循环结构其热风从吹风口吹出后要经过一个炉膛的距离才会被炉膛周边的回风口回收回去，而在回收的过程中，又不断的与炉膛其他出风口吹出的气体发生干扰，导致每一块PCB上的温度曲线不断发生波动，使其焊接精度受到影响。而微循环热风系统是有多少个点喷气，就有多少个点回收的技术，通俗的说就是每一个出风口周围就是它自己的回风口，这样就大大的保证炉内温度的均匀，板面在受热时不会产生类似小循环因为回风过程长而产生的折射风流，阴影现象。所以PCB焊接受热时温度曲线精度非常高，非常适合无铅工艺空间窗口小的元件焊接。
Heller（美国）、BTU（美国）、（德国）是全球（强制）热风回流焊炉的三大顶尖品牌。
回流焊炉的温区长度一般为45cm～50cm，温区数量可以有3、4、5、6、7、8、9、10、12、15
甚至更多温区。从焊接的角度，回流焊至少要有3个温区，即：预热区、焊接区和冷却区。特别需要说明的是：很多炉子在计算温区时，通常将冷却区排除在外，即只计算
升温区、保温区和焊接区。
气相回流焊接系统：热传递效率高，200-300 W/m2K，无阴影效应，焊接过程需要上下运动，冷却效果差。
气相回流焊接又称气相焊(Vapor Phase
Soldering，VPS)，亦名"凝热焊接"(condensation
soldering)。加热碳氟化物（早期用FC-70氟氯烷系溶剂），熔点约215℃，沸腾产生饱和蒸气，炉子上方与左右都有冷凝管，将蒸气限制在炉膛内，遇到温度低的待焊PCB组件时放出汽化潜热(由气态相变为液态时所释放)，使焊锡膏融化后焊接元器件与焊盘。美国最初将其用于厚膜集成电路(IC)的焊接，气柏潜热释放对SMA的物理结构和几何形状不敏感，可使组件均匀加热到焊接温度，焊接温度保持一定，无需采用温控手段来满足不同温度焊接的需要，VPS的气相中是饱和蒸气，含氧量低，热转化率高，但溶剂成本高，且是典型臭氧层损耗物质，因此应用上受到极大的限制，国际社会现今基本不再使用这种有损环境的方法。
气相回流焊接主要用于，是组装和时最理想的焊接工艺。
& &气相回流焊接系统的典型代表是美国R&D公司生产的气相回流焊（气相焊接炉）。
真空蒸汽冷凝焊接（真空汽相焊）系统：密闭空间的无空洞焊接，热传递效率最高，300
W-500W/m2K。焊接过程保持静止无震动。冷却效果优秀，颜色对吸热量没有影响。&
回流焊加工的为表面贴装的板，其流程比较复杂，可分为两种：单面贴装、双面贴装。
& 单面贴装
预涂锡膏 →贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） → 回流焊 → 检查及电测试。
& 双面贴装
A面预涂锡膏 → 贴片（分为手工贴装和机器自动贴装） → 回流焊 →B面预涂锡膏 →贴片（分为手工贴装和机器自动贴装）→ 回流焊 →
检查及电测试。
&影响工艺的因素:
&&在SMT回流焊工艺造成对元件加热不均匀的原因主要有：回流焊元件热容量或吸收热量的差别，传送带或加热器边缘影响，回流焊产品负载等三个方面。
通常PLCC、QFP与一个分立片状元件相比热容量要大，焊接大面积元件就比小元件更困难些。
在回流焊炉中传送带在周而复使传送产品进行回流焊的同时，也成为一个散热系统，此外在加热部分的边缘与中心散热条件不同，边缘一般温度偏低，炉内除各温区温度要求不同外，同一载面的温度也差异。
产品装载量不同的影响。回流焊的温度曲线的调整要考虑在空载，负载及不同负载因子情况下能得到良好的重复性。负载因子定义为：LF=L/(L+S);其中L=组装基板的长度，S=组装基板的间隔。
&回流焊工艺要得到重复性好的结果，负载因子愈大愈困难。通常回流焊炉的最大负载因子的范围为0.5~0.9。这要根据产品情况（元件焊接密度、不同基板）和再流炉的不同型号来决定。要得到良好的焊接效果和重复性，实践经验很重要的。
近几年来，随着众多电子产品向小型、轻型、高密度方向发展，特别是手持设备的大量使用，在元器件材料工艺方面都对原有SMT技术提出了严峻的挑战，也因此使SM得到了飞速发展的机会。lC引脚脚距发展到0.5mm、0.4mm、0.3mm，BGA已被广泛采用，CSP也崭露头角，并呈现出快速上涨趋势，材料上免清洗、低残留锡膏得到广泛应用。所有这些都给回流焊工艺提出了新的要求，一个总的趋势就是要求回流焊采用更先进的热传递方式，达到节约能源，均匀温度，适合双面板PCB和新型器件封装方式的焊接要求，并逐步实现对波峰焊的全面代替。总体来讲，回流焊炉正朝着高效、多功能和智能化方向发展，主要有以下发展途径，在这些发展领域回流焊引领了未来电子产品的发展方向。
在回流焊中使用惰性气体保护，已经有一段时间了，并已得到较大范围的应用，由于价格的考虑，一般都是选择氮气保护。氮气回流焊有以下优点。
(1) 防止减少氧化。
(2) 提高焊接润湿力，加快润湿速度。
(3) 减少锡球的产生，避免桥接，得到良好的焊接质量。&
双面PCB已经相当普及，并在逐渐变得复杂起来，它得以如此普及，主要原因是它给设计者提供了极为良好的弹性空间，从而设计出更为小巧、紧凑的低成本产品。双面板一般都有通过回流焊接上面（元器件面），然后通过波峰焊来焊接下面（引脚面）。而有一个趋势倾向于双面回流焊，但是这个工艺制程仍存在一些问题。大板的底部元件可能会在第二次回流焊过程中掉落，或者底部焊接点的部分熔融而造成焊点的可靠性问题。&
&通孔插装元器件
通孔回流焊有时也称为分类元器件回流焊，正在逐渐兴起，它可以去除波峰焊环节，而成为PCB混装技术中的一个工艺环节，这项技术的一个最大的好处就是可以在发挥表面贴装制造工艺优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械连接强度，对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触，同时，就算引脚和焊盘都能接触上，它所提供的机械强度也往往是不够大的，很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。
出于对环保的考虑，铅在21世纪将会被严格限用，虽然电子工业中用铅量极小，不到全部用量1%，但也属于禁用之列，在发展趋势中将会被逐步淘汰，许多地方正在开发可靠而又经济的无铅焊料，所开发出的多种替代品一般都具有比锡铅合金高40屯左右的熔点温度，这就意味着回流焊必须在更高的温度下进行，氮气保护可以部分消除因温度提高而增加的氧化和对PCB本身的损伤。
&连续回流焊
特殊的炉子已经被开发出来处理贴装有SMT元件的连续柔性板，与普通回流炉最大的不同点是这种炉子需要特制的轨道来传递柔性板。当然，这种炉子也需要能处理连续板的问题，对于分离的PCB板来讲，炉中的流量与前几段工位的状况无依赖关系，但是对于成卷连续的柔性板，柔性板在整条线上是连续的，线上任何一个特殊问题，停顿就意味着全线必须停顿，这样就产生一个特殊问题，停顿在炉子中的部分会因过热而损坏，因此，这样的炉子必须具备应变随机停顿的能力，继续处理完该段柔性板，并在全线恢复连续运转时回到正常工作状态。
市场对于缩小体积的需求，使CSP、MPM甚至POP得到较多应用，这样元器件贴装后具有更小的占地面积和更高的信号传递速率。填充或灌胶被用来加强焊点结构，使其能抵受住由于硅片与PCB材料的热胀系数不一致而产生的应力，一般常会采用上滴或围填法来把晶片用胶封起来。
&曲线仿真优化
使用计算机技术对回流焊焊接工艺进行仿真的方法得到了广泛的关注，此方法可以大大缩短工艺准备时间，降低实验费用，提高焊接质量，减小焊接缺陷。
通过使用PCBCAD数据的产品模型结构建立，回流焊工艺仿真模型，可以替代传统的在线参数的设置过程，甚至可以用来在生产前确保PCB设计与回流焊工艺的兼容性，指导可制造性设计(DFM)，该仿真模型也可以消除使用热电偶测试时无法稷盖全部产品区域的缺陷，PCB组件模型求解器和构建的回流焊炉模型，对于特定的工艺设置，可以较精确地预测PCB组件的回流焊温度曲线。使用该方法在PCB设计阶段来进行新产品的工艺优化，可以很简单地确保产品设计与工艺设备的相容性。
&可替换装配
可替换装配和回流焊技术工艺(Alternative Assembly and Reflow
Technology，AART)引起了PCB组装业的兴趣。AART工艺可以同时进行通孔元器件和表面贴装元器件的回流焊接，省去了波峰焊和手工焊，与传统的AART工艺相比具有更少的成本、周期和缺陷率。通过AART工艺，可以建立复杂的PCB组装工艺。AART必须考虑材料、设计和影响它的工艺因素。一个决策系统(Decision
Support System，DSS)可以帮助工程师实施AART工艺。
&回流焊过程控制
智能化再流炉内置计算机控制系统，在Window视窗操作环境下可以很方便地输入各种数据，可迅速地从内存中取出或更换回流焊工艺曲线，节省调整时间，提高生产效率。
过程控制的目的是实现所要求的质量和尽可能低的成本这两个目标。以前，过程控制主要集中于对缺陌的检测，以提高质量；经发展，控制的最根本的内涵是对各种工艺进行连续的监控，并寻找出不符合要求的偏差。过程控制是一种获得影响最终结果的特定操作中相关数据的能力，一旦潜在的问题出现，就可实时地接收相关信息，采取纠正措施，并立即将工艺调整到最佳状况。监控实际工艺过程数据，才算是真正的工艺过程控制，这在回流焊工艺控制中，也就意味着要对制造的每块板子的热曲线进行监控。
一种能够连续监控回流焊炉的自动管理系统，能够在实际发生工艺偏移之前指示其工艺是否偏移失控，此即自动回流焊管理(AutomaticReflowManagement，ARM)系统，此系统把连续的SPC直方图、线路平衡网络、文件编制和产品跟踪组成完整的软件包，并能自动实时榆测工艺数据，并做出判断来影响产品成本和质量，自动回流焊管理系统的基本功能是精确地自动检测和收集通过炉子的产品数据，它提供下列功能：不需要验证工艺曲线；自动搜集回流焊工艺数据；对零缺陷生产提供实时反馈和报警；提供回流焊工艺的自动SPC图表和修正过程能力指数（ComplexProcessCapabilityindex，Cpk）变量报警。
&---&以上转自相关网文并有所改编&---
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回流焊中出现的缺陷及其解决方案
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&>&&>&回流焊工艺
smt回流焊的作用
smt回流焊是smt工艺中一款必不可少的焊接设备，它是把贴片元件安装好的线路板送人smt回流焊炉膛内经过高温把用来焊接贴片元件的锡膏经过高温热风形成回流温度变化的工艺熔融让贴片元件与线路板上的焊盘结合然后冷却在一起。
smt回流焊实际上也就是一个烤炉的结合体，让膏状的焊锡料经过回流焊里各个烤炉的高温熔融吧贴片元件和线路板结在一起的一个焊接设备。没有smt回流焊设备smt工艺就不可能完成让电子元件和线路板的焊接工作。
smt回流就是用在对表贴元件的固定!将锡膏分解,留下锡.回流焊是用于机器贴片后的焊接
smt回流焊是通过重新熔化预先分配到印刷电路板焊垫上的膏状锡膏,实现表面黏着组件端子或引脚与印刷电路
板焊垫之间机械与电气连接。它是SMT（表面贴装技术）中一个步骤。有热风回流焊和红外回流焊两种。为了
达到更好的焊接效果大型的电子产品生产企业会用到在smt回流焊炉膛内充氮气的回流焊，氮气可以起到让电
子产品与空气隔绝的作用，不让电子产品氧化达到更好的焊接效果。
smt回流焊炉膛内的焊接也分为几个阶段：1：预热段；2：加热段；3：焊接段；4：保温段；5：冷却段
下面广晟德回流焊一起把smt回流焊炉膛这五大温度系统的作用做个详细的讲解
smt回流焊的炉温曲线
smt回流焊图
1：smt回流焊预热段的目的和作用
目的是把贴好元件PCB板加热到120-150℃左右，在这个温度下PCB板的水分可以得到充分蒸发，并同时可以
消除PCB板内部的应力和部分残留气体，为加热段做提前加热。预热段的时间一般控制在1-5分钟。具体的情
况看板的大小和元器件的多少而定。
2：smt回流焊加热段的目的和作用
通过预热段处理后的PCB板，要在加热段的过程中激活锡浆中的助焊剂，并在助焊剂的作用下去除锡浆里面和
元器件表面的氧化物。为焊接过程做好准备。在这一阶段中Sn63%-Pb37%锡-铅配方有铅中温合金钎料和
Sn95%-Ag3%-Cu2%锡-银-铜配方贵金属无铅合金钎料的温度通常设置在180-230℃之间。时间控制在1-3分
钟。目的是助焊剂能够充分激活，并能很好地去除焊盘和钎料氧化物。在以下的溶点温度低于160℃以下的低
温钎料配方中Sn42%-Bi58%锡-铋配方的低温无铅钎料，Sn43%-Pb43%-Bi14%锡-铅-铋配方有铅低温钎料。
Sn48%-In52%锡-铟配方无铅低温钎料，可以把加热段的温度设置在120-180左右。时间控制在1-3分钟。中
温的有铅合金钎料一般设置在180-220℃。高温的无铅合金钎料一般设置在220-250℃之间。如果你手头上有
所用钎料和锡浆资料的话，加热段的温度可以设置在低于锡浆的溶化温度点的10℃左右为最佳。
3：smt回流焊焊接段的目的和作用
焊接段的主要目的是完成SMT的焊接过程，由于此阶段是在整个回焊过程中的最高温段，极容易损伤达不到温
度要求的元器件。此过程也是一个回焊的完善过程，焊锡的物理和化学的变化量最大，溶化的焊锡极容易在高
温的空气中氧化。此阶段一般是根据锡浆资料提供的溶化温度高30-50℃左右。不管有铅或无铅的钎料，我们
一般把它分为低温钎料（150-180℃）、中温钎料（190-220℃）、高温钎料（230-260℃）。现在普遍使用的
无铅钎料为高温钎料，低温钎料一般为贵金属的无铅钎料和特殊要求的低温有铅焊料，在通用的电子产品中比
较少见，多用于特殊要求的电子设备上。而有铅的中温钎料有优异的电气性能、物理机械性能、耐冷热冲击性
能、抗氧化性能。这些性能目前的各种无铅钎料还无法替代，所以在通用的电子产品中还大量使用。此阶段的
时间一般是根据下面的几个要求进行设定。焊锡在高温熔化后显示为液态，所有的SMT元件会浮在液态焊锡的
表面，在助焊剂和液态表面张力的作用下，浮动的元器件会移到焊盘的中心，会有自动归正的作用。另外在助
焊剂的湿润下焊锡会和预案件的表面金属形成合金层。渗透到元件结构组织里面，形成理想的钎焊结构，时间
一般设在10-30s左右，大面积和有较大元件遮阴面的PCB板应设置较长的时间；小面积的少零件的PCB板一般
设置时间较短就可以了。为了保证回焊质量尽可能地缩短这个阶段的时间，这样有利于保护元器件。
4：smt回流焊保温段的目的和作用
保温段的作用是让高温液态焊锡凝固成固态的焊接点，凝固质量的好坏直接影响到焊锡的晶体结构和机械性能
，太快的凝固时间会使焊锡形成结晶粗糙，焊点不光洁，机械物理性能下降。在高温和机械的冲击下焊接点容
易开裂失去机械连接和电气连接作用，产品的耐久性降低。我们采用的是停止加热，用余温保温一短时间。让
焊锡在温度缓慢下降过程中凝固并结晶良好，这个温度点一般设置在比焊锡溶点低10-20℃左右，利用自然降
温时间的设置，下降到这个温度点后就可以进入冷却段。
5：冷却段的目的和作用
冷却段的作用比较简单，通常是冷却到不会烫人的温度就可以了。但为了加快操作流程，也可以下降到150℃
以下时结束该过程。但取出焊好的PCB板时，要用工具或用手带、耐温手套取出以防烫伤。
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SMT回流焊常见缺陷分析及处理
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