回流焊溫度對(duì)電路板的影響及關(guān)系分析

一、回流焊工藝概述

回流焊是一種通過(guò)預(yù)先印刷在電路板焊盤上的錫膏，在加熱環(huán)境下熔化，使表面貼裝元器件（SMD）與電路板形成可靠電氣連接和機(jī)械連接的焊接技術(shù)。在這個(gè)過(guò)程中，溫度是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它直接決定了錫膏的熔化狀態(tài)、元器件的受熱情況以及最終焊點(diǎn)的質(zhì)量。

二、回流焊不同溫區(qū)溫度對(duì)電路板的影響

（一）預(yù)熱區(qū)

溫度范圍及目的

預(yù)熱區(qū)溫度一般在 150 - 200°C 之間。這個(gè)階段的主要目的是讓電路板和元器件緩慢而均勻地升溫。

例如，對(duì)于一塊含有多層復(fù)雜布線的通信電路板，預(yù)熱可以使整個(gè)電路板的溫度梯度較小，避免局部過(guò)熱。

對(duì)電路板的影響

去除水汽和溶劑：電路板在生產(chǎn)和存儲(chǔ)過(guò)程中會(huì)吸附一定的水分，預(yù)熱過(guò)程可以使這些水分和助焊劑中的溶劑緩慢蒸發(fā)。如果預(yù)熱溫度不夠，水汽在后續(xù)高溫區(qū)快速蒸發(fā)，可能會(huì)在焊點(diǎn)處形成氣泡，降低焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能。

減少熱沖擊：對(duì)溫度敏感的元器件，如某些塑料封裝的芯片，適當(dāng)?shù)念A(yù)熱可以減少其在后續(xù)高溫區(qū)所受的熱沖擊。如果沒有預(yù)熱或者預(yù)熱溫度過(guò)低，當(dāng)這些元器件突然進(jìn)入高溫區(qū)時(shí)，可能會(huì)因?yàn)闊釕?yīng)力而損壞。

（二）保溫區(qū)

溫度范圍及目的

保溫區(qū)溫度通常維持在 180 - 220°C 左右。在此溫區(qū)，錫膏中的助焊劑充分發(fā)揮作用，去除元器件引腳和電路板焊盤表面的氧化物，同時(shí)使錫膏處于一種合適的黏度狀態(tài)，為后續(xù)的回流焊接做好準(zhǔn)備。

對(duì)電路板的影響

助焊劑作用的優(yōu)化：合適的保溫溫度能確保助焊劑完全活化，有效清除氧化層。例如，對(duì)于表面氧化程度稍高的元器件引腳，在保溫區(qū)適當(dāng)?shù)臏囟认?，助焊劑可以更好地與之反應(yīng)，使引腳表面變得清潔，有利于后續(xù)焊料的附著。

錫膏性能的調(diào)節(jié)：溫度會(huì)影響錫膏的黏度和流動(dòng)性。如果保溫溫度偏低，錫膏不能充分軟化和流動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)錫膏不能很好地填充引腳和焊盤之間的間隙，容易造成焊接不充分。相反，溫度偏高可能會(huì)使錫膏過(guò)早干涸，也會(huì)引發(fā)焊接不良，并且可能使一些元器件因長(zhǎng)時(shí)間處于高溫而性能劣化。

氮?dú)饣亓骱?/p>

（三）回流區(qū)

溫度范圍及目的

回流區(qū)是回流焊的關(guān)鍵溫區(qū)，溫度一般在 220 - 260°C 之間。在這個(gè)區(qū)域，錫膏完全熔化并形成良好的焊點(diǎn)。

對(duì)電路板的影響

焊點(diǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素：回流區(qū)溫度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性對(duì)焊接質(zhì)量至關(guān)重要。如果溫度過(guò)低，錫膏不能完全熔化，會(huì)產(chǎn)生冷焊現(xiàn)象。冷焊的焊點(diǎn)外觀粗糙，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，焊點(diǎn)強(qiáng)度不足，容易在后續(xù)使用過(guò)程中出現(xiàn)開路故障。例如，在一個(gè)汽車電子控制單元的電路板上，如果回流溫度不夠，發(fā)動(dòng)機(jī)控制芯片的引腳焊接出現(xiàn)冷焊，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸中斷，影響汽車的正常運(yùn)行。

氧化和熱應(yīng)力問(wèn)題：溫度過(guò)高會(huì)使焊料過(guò)度氧化，降低焊點(diǎn)的可靠性。同時(shí)，過(guò)高的溫度也會(huì)對(duì)電路板和元器件造成更大的熱應(yīng)力。對(duì)于一些耐熱性較差的元器件，如陶瓷電容，可能會(huì)出現(xiàn)開裂等問(wèn)題。而且，過(guò)度的熱應(yīng)力還可能導(dǎo)致電路板的變形，影響電路板的尺寸精度和元器件的安裝精度。

（四）冷卻區(qū)

溫度范圍及目的

冷卻區(qū)的作用是使焊點(diǎn)快速冷卻凝固，以形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，提高焊點(diǎn)強(qiáng)度。冷卻速度通常控制在 2 - 5°C/s。

對(duì)電路板的影響

焊點(diǎn)性能的提升：合適的冷卻速度可以使焊點(diǎn)形成細(xì)小而均勻的晶粒結(jié)構(gòu)，提高焊點(diǎn)的機(jī)械性能和電氣性能。如果冷卻速度過(guò)慢，可能會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)結(jié)晶粗大，降低焊點(diǎn)的強(qiáng)度。例如，在一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化控制電路板中，冷卻速度過(guò)慢會(huì)使焊點(diǎn)的抗剪切強(qiáng)度降低，在設(shè)備振動(dòng)等工況下，焊點(diǎn)更容易出現(xiàn)疲勞失效。

對(duì)電路板整體性能的影響：對(duì)于一些高密度電路板，由于元器件布局緊密，散熱相對(duì)困難。合理的冷卻區(qū)溫度設(shè)置尤為重要，否則可能會(huì)因?yàn)榫植窟^(guò)熱而影響整個(gè)電路板的性能和可靠性。

三、回流焊溫度與電路板材料及元器件的關(guān)系

（一）電路板材料

基材特性的影響

常用的電路板基材如 FR - 4，在不同溫度下有不同的性能表現(xiàn)。在回流焊的高溫過(guò)程中，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。如果回流焊溫度過(guò)高，接近或超過(guò)基材的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，基材會(huì)變軟、變形。例如，在一些高精度的電路板，如醫(yī)療設(shè)備電路板，基材變形會(huì)導(dǎo)致元器件之間的間距發(fā)生變化，影響電氣性能和設(shè)備的準(zhǔn)確性。

溫度對(duì)電路板布線的影響

電路板上的布線在溫度變化時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱膨脹。如果回流焊溫度控制不當(dāng)，布線的熱膨脹可能會(huì)導(dǎo)致線路斷裂或者與相鄰線路短路。特別是對(duì)于一些細(xì)間距的布線，這種風(fēng)險(xiǎn)更為明顯。

（二）元器件

不同類型元器件的溫度耐受性

電路板上有各種類型的元器件，如芯片、電容、電阻等。不同元器件對(duì)溫度的耐受性不同。例如，一些高精度的模擬芯片對(duì)溫度變化非常敏感，微小的溫度偏差可能會(huì)影響其性能參數(shù)。而一些功率元器件，如功率電阻，雖然能夠承受較高的溫度，但如果回流焊溫度過(guò)高且持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也可能會(huì)影響其壽命和性能。

溫度對(duì)元器件引腳和封裝的影響

元器件引腳的材質(zhì)和表面處理在回流焊溫度下也很關(guān)鍵。例如，鍍金引腳和鍍錫引腳在高溫下的反應(yīng)不同。同時(shí)，元器件的封裝材料，如塑料封裝或陶瓷封裝，在高溫下可能會(huì)發(fā)生變形、開裂等情況，影響元器件的正常功能。

四、結(jié)論

回流焊溫度對(duì)電路板的影響是多方面的，從焊點(diǎn)質(zhì)量到電路板材料性能，再到元器件的可靠性都與之密切相關(guān)。在實(shí)際的電路板焊接過(guò)程中，必須根據(jù)電路板的具體結(jié)構(gòu)、元器件類型和焊接要求，精確控制回流焊的各個(gè)溫區(qū)溫度，以確保高質(zhì)量的焊接效果，提高電路板的整體性能和可靠性。

審核編輯 黃宇