回流焊接工艺
回流焊接是表面贴装技术（SMT）特有的重要工艺，焊接工
艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响最终的质量和可靠性。

在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中，要得到优质的
焊点，一条优化的回流温度曲线是最重要的因素之一。

温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函数，当在笛卡尔平面作图时，回流过程中在任何给定的时间上，代表 PCB 上一个特定点上的温度形成一条曲线。

几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是传送带速度和每个温区的温度设定。

链速决定基板暴露在每个温区所设定的温度下的持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该温区的温度设定。

每个温区所花的持续时间总和决定总共的处理时间。

每个区的温度设定影响 PCB 的温度上升速度。

增加温区的设定温度允许基板更快地达到给定温度。

因此，必须作出一个较好的图形来决定 PCB 的温度曲线，理想的温度曲线由基本的四个区组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。

回流炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。

大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。

在回流焊接过程中，锡膏需经过溶剂挥发；焊剂清除焊件表面的氧化物；锡膏的熔融、再流动以及锡膏的冷却、凝固。

以下就对温度曲线图及四个区进行介绍：
1
Peak: 熔点 220℃以
上
210～220℃
180℃150℃
时间 S 250S 200S 150S 100S 50S 预热区：也叫斜坡区。

目的：使 PCB 和元器件预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。

要保
证升温比较缓慢，溶剂挥发。

较温和，对元器件的热冲击尽可能小，
在这个区，尽量将升温速度控制在 2～5℃/S，较理想的升温速度为
1～3 ℃/S，时间控制在 60～90S 之间。

升温过快会造成对元器件的
伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂。

同时还会造成焊料飞溅，使
在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。

而温度上
升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使 PCB 达到活性温度。

锡
炉的预热区一般占整个加热通道长度的 25～33%。

保温区：也称活性区、有时叫做干燥或浸润区。

目的：保证在达到回流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除
元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。

在这个阶段助焊剂开始挥发，
这个区一般占加热通道的 33～50%。

有两个功用：第一是将 PCB 在相当稳定的温度下感温，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们
的相当温差；第二个功能是允许助焊剂活性化，挥发性的物质从锡膏
中挥发。

一般温度范围在 150～180℃，时间范围在 60～120S，升温
速度控制在 0.3～0.5 ℃/S。

如果活性区的温度设定太高，助焊剂没
有足够的时间活性化，温度曲线的斜率是一个向上递增的斜率。

虽然
有的锡膏制造商允许活性化期间一些温度的增加，但是理想的曲线要
求相当平稳的温度，这样使得 PCB 的温度在活性区开始和结束时间是
相等的。

回流区：有时叫做峰值区或最后升温区。

目的：锡膏中的焊料使
合金属粉开始熔化，再次呈流动状态，替代液态焊剂润湿焊盘和元器
件，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，对大多数焊料润湿时间为60～90 秒。

这个区的作用是将 PCB 装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。

活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温
度总是在熔点上。

再流焊的温度要高于锡膏的熔点温度，一般要超过
熔点温度 20 度才能保证再流焊的质量。

有时也将该区域分为两个区，即熔融区和再流区。

（有铅锡的熔点 183℃，无铅锡熔点 216～220℃）
其中温度在 210～220℃范围内的时间控制相当关键，一般控制在
10～20S 为最佳。

这个区的温度设定太高会使其温升斜率超过每秒
2～5℃，或达到回流峰值温度比推荐的高。

这种情况可能引起 PCB 的弯曲变形、脱层、烧损或烤黄，并损害元件的完整性，特别是一些耐热温度较低的元件。

冷却区：这一阶段锡膏开始凝固。

元件被固定在 PCB 上，同样的是降温的速度也不能够快，一般控制在 4℃／Ｓ以下，较理想的降温速度为 3℃／Ｓ。

由于过快的降温速度会造成 PCB 产生冷变形，会影响焊点的表面质量。

以下就对由于回流温度曲线设定不合适而造成不良分析：
1. 锡粒问题:
回流焊接中出的锡粒，常常藏于矩形片式元件两端之间的侧面或细距引脚之间。

在元件贴装过程中，锡膏被置于片式元件的引脚与焊
盘之间，随着印制板穿过回流焊炉，锡膏熔化变成液体，如果与焊盘
和器件引脚等润湿不良，液态焊锡会因收缩而使焊缝填充不充分，所
有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。

部分液态焊锡会从焊缝流出，形成
锡粒。

因此，焊锡与焊盘和器件引脚润湿性差是导致锡球形成的根本
原因。

以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施： a) 回流温度曲线设置不当。

锡膏的回流是温度与时间的函数，如果未到达足够的
温度或时间，锡膏就不会被回流。

预热区温度上升速度过快，达到平
顶温度的时间过短，使锡膏内部的水份、溶剂未完全挥发出来，到达
回流焊温区时，引起水份、溶剂沸腾，溅出焊锡粒。

实践证明，将
预热区温度的上升速度控制在 1～4°C/s 是较理想的。

b) 如果在贴片至回流焊的时间过长，则因锡膏中焊料粒子的氧化，焊剂变质、活
性降低，会导致锡膏不回流，焊球则会产生。

选用工作寿命长一些的
焊膏（至少 4 小时），则会减轻这种影响。

.锡珠(Solder Balls)：
(1)、丝印孔与焊盘不对位，印刷不精确，使锡膏弄脏PCB。

2、锡膏
在氧化环境中暴露过多、吸空气中水份太多。

3、加热不精确，太慢并不
均匀。

4、加热速率太快并预热区间太长。

5、锡膏干得太快。

6、助焊剂活
性不够。

7、太多颗粒小的锡粉。

8、回流过程中助焊剂挥发性不适当。

锡球的工艺认可标准是：当焊盘或印制导线的之间距离为0.13mm时，锡珠
直径不能超过0.13mm，或者在600mm平方范围内不能出现超过五个锡珠。

2.竖立问题（曼哈顿现象）
矩形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为曼哈顿现象。

引起该种现象主要原因是元件两端受热不均匀，
锡膏熔化有先后所致。

如何减少元件两端受热不均匀： a) 有缺陷
的元件排列方向设计。

我们设想在回流炉中有一条横跨锡炉宽度的回
流焊限线，一旦锡膏通过它就会立即熔化。

片式矩形元件的一个端头
先通过回流焊限线，锡膏先熔化，完全浸润元件的金属表面，具有液
态表面张力;而另一端未达到有铅与无铅的熔点的液相温度，锡膏未
熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于回流焊接的表面张力，因而，
使未熔化端的元件端头向上直立。

因此，保持元件两端同时进入回流
焊限线，使两端焊盘上的锡膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，
保持元件位置不变。

b) 在进行汽相焊接时 PCB 预热不充分（氮气回流）
汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和 PCB 焊盘上时，释放出热量而熔化锡膏。

汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区，在饱和蒸汽区
焊接温度高达 217℃，在生产过程中我们发现，如果被焊组件预热不
充分，经受一百多度的温差变化，汽相焊的汽化力容易将小于 3216
封装尺寸的片式元件浮起，从而产生竖立现象。

我们通过将被焊组件
在烤箱内以 145 -150℃的温度预热 1-2 分钟，然后在汽相焊的平衡
区内再预热 1 分钟左右，最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接消除了竖立现象。

3.吹孔
BLOWHOLES 焊点中（SOLDER JOINT）所出现的孔洞，大者称为吹孔，小者叫做针孔，皆由膏体中的溶剂或水分快速氧化所致。

对策；调整锡膏粘度。

调整预热温度，以赶走过多的溶剂。

提高锡膏
中金属含量百分比。

4.锡桥(Bridging)：
一般来说，造成锡桥的因素就是由于锡膏太稀，包括锡膏内金属或固体
含量低、摇溶性低、锡膏容易榨开，锡膏颗粒太大、助焊剂表面张力太小。

焊
盘上太多锡膏，回流温度峰值太高等。

5.开路(Open)：
原因：1、锡膏量不够。

2、元件引脚的共面性不够。

3、锡湿不够(不够熔化、流动性不好)，锡膏太稀引起锡流失。

4、引脚吸锡(象灯芯草一样)或附近有
连线孔。

引脚的共面性对密间距和超密间距引脚元件特别重要，一个解决方法是
在焊盘上预先上锡。

引脚吸锡可以通过放慢加热速度和底面加热多、上面加热少
来防止。

也可以用一种浸湿速度较慢、活性温度高的助焊剂或者用一种Sn/Pb不同比例的阻滞熔化的锡膏来减少引脚吸锡。