回流焊接

　　回流焊接是指利用焊膏（由焊料和助焊劑混合而成的混合物）將一或多個(gè)電子元件連接到接觸墊上之后，透過(guò)控制加溫來(lái)熔化焊料以達(dá)到永久接合，可以用回焊爐、紅外加熱燈或熱風(fēng)槍等不同加溫方式來(lái)進(jìn)行焊接。

　　回流焊接是表面黏著技術(shù)（SMT）將電子元件黏接至印刷電路板上最常使用的方法，另一種方式則是透過(guò)通孔插裝（THT）來(lái)連接電子元件。通孔插裝為將電路板上既有的孔洞填入焊膏，將接腳插入焊膏并把電子元件嵌至板上進(jìn)行軟釬焊。由于波焊接（Wavesoldering）較便宜且簡(jiǎn)單，所以回流焊接基本上不會(huì)運(yùn)用在通孔插裝的電路板上。當(dāng)運(yùn)用于同時(shí)包含SMT和THT元件的電路板時(shí)，通孔回流焊接（Through-holereflow）能取代波焊接，并可有效降低組裝成本。

　　回流焊接的程序目的在于逐步熔化焊料與緩慢加熱連接界面，避免急速加熱而導(dǎo)致電子元件的損壞。在傳統(tǒng)的回流焊接過(guò)程中，通常分為四個(gè)階段，稱為“區(qū)（Zone）”，每一個(gè)區(qū)都擁有各自的溫度曲線：“預(yù)熱”、“浸熱”、“回流”與“冷卻”。

預(yù)熱區(qū)

　　預(yù)熱是回流焊接的第一個(gè)階段，整塊元件組板的溫度爬昇至目標(biāo)的浸熱溫度。主要是為使元件組板能夠安全并逐步的達(dá)到浸熱的工作溫度（預(yù)回流溫度），也能夠使焊膏中的揮發(fā)性溶劑汽化和揮發(fā)離去。電路板的加熱必須是穩(wěn)定且線性的，一個(gè)重要的指標(biāo)就是觀察溫度提升的速率，或者溫度對(duì)時(shí)間的上升斜率，單位為攝氏溫度每秒（℃/s）。許多變因會(huì)影響到該斜率，包括設(shè)定的加熱時(shí)間、焊膏的揮發(fā)性與考量電子元件的高溫承受度。所有條件都有相當(dāng)?shù)闹匾裕话愣裕娮釉?duì)高溫的承受度考量往往是最為重要的。

　　若溫度變化太快，許多電子元件會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部裂痕，可容許的最大溫度變化率是依據(jù)對(duì)于熱變化最敏感的電子元件或材料所能承受之最大加溫斜率而定義。然而，假如組板無(wú)熱敏感元件且提高生產(chǎn)率為主要考量時(shí)，可容許并采用更高的加溫斜率以縮短制程時(shí)間。基于此原因，許多制造商的機(jī)臺(tái)能力可達(dá)到業(yè)界最大的允許斜率“每秒3.0℃”。反之，如果使用的焊膏內(nèi)含揮發(fā)性高的溶劑時(shí)，加熱太快則容易造成失控，例如揮發(fā)性溶劑的汽化過(guò)于劇烈而造成焊料噴濺至電路板上，過(guò)激汽化也可能會(huì)造成焊料額外化為球狀。

　　一旦電子組板的溫度爬升到一定程度時(shí)，制程即進(jìn)入浸熱（預(yù)回流）階段。

浸熱區(qū)

　　第二區(qū)為浸熱，通常為60至120秒的受熱，用于去除焊膏中的揮發(fā)性物質(zhì)和激活助焊劑，助焊劑會(huì)開(kāi)始在元件導(dǎo)線和焊墊上進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致焊料噴濺、產(chǎn)生焊球或焊膏氧化；溫度過(guò)低則可能導(dǎo)致助焊劑激活不足。在浸熱區(qū)的結(jié)尾，也就是進(jìn)入回焊區(qū)的前一刻，理想狀況為整塊元件組已達(dá)到均衡的熱平衡。最佳的浸熱區(qū)加溫曲線應(yīng)能降低各電子元件間的溫差，也應(yīng)能降低不同面積陣列封裝之間的空隙。

回焊區(qū)

　　第三區(qū)為回焊，亦是整個(gè)過(guò)程中達(dá)到溫度最高的階段。最重要的即是峰值溫度，也就是整個(gè)過(guò)程中所允許之最大溫度。常見(jiàn)的峰值溫度為高于焊料液化溫度的20至40℃以上。此一限制是由組件之中，高溫耐受度最低的電子元件而定（最容易受到熱破壞的元件）。標(biāo)準(zhǔn)的原則是以該溫度容忍值減去5℃。溫度的監(jiān)控相當(dāng)重要，超過(guò)峰值溫度可能會(huì)造成元件內(nèi)部的金屬晶粒損壞，并可能造成金屬互化物的產(chǎn)生；過(guò)低的溫度可能會(huì)造成焊膏冷焊與回流不良。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              商業(yè)用回焊爐

　　“液態(tài)以上時(shí)間”（TimeAboveLiquids；TAL）或稱“回流以上時(shí)間”，指的是焊料化為液態(tài)的區(qū)間。助焊劑可降低接合處的表面張力，并讓各別焊球在融熔時(shí)結(jié)合。如果配熱的時(shí)間超過(guò)制造商的設(shè)定，可能使助焊劑過(guò)早激活或者內(nèi)含之溶劑過(guò)度消耗，過(guò)度干燥的焊膏會(huì)導(dǎo)致焊接點(diǎn)無(wú)法成型。

　　加溫時(shí)間或溫度不足會(huì)導(dǎo)致助焊劑清洗效果下降，導(dǎo)致潤(rùn)濕不足、溶劑與助焊劑去除的不充分，甚至可能造成連接點(diǎn)的缺陷。專家通常建議TAL越短越好，不過(guò)大多數(shù)的焊膏要求TAL最短至少需30秒。雖然沒(méi)有具體的理由顯示如何定義此30秒，但推測(cè)在不同設(shè)計(jì)之電路板上會(huì)存在某些溫度未測(cè)區(qū)域的死角，因此設(shè)定最低允許時(shí)間為30秒可降低某些未測(cè)區(qū)域無(wú)法達(dá)到回流峰值溫度的可能性。

　　定義出一個(gè)最低回流時(shí)間上限也可成為因烤箱溫度不穩(wěn)定而造成峰值溫度波動(dòng)的安全界線，液化時(shí)間的理想狀況應(yīng)保持液態(tài)60秒以下，額外的液化時(shí)間可能會(huì)催生出過(guò)多金屬互化物，導(dǎo)致連接點(diǎn)的脆化。電路板與元件也可能在過(guò)長(zhǎng)的液化時(shí)間下受到破壞，大多數(shù)的組件都會(huì)提供明確定義的可承受溫度與其曝溫時(shí)間。過(guò)低的液化時(shí)間可能造成溶劑與助焊劑未釋出，而造成潛在的連接點(diǎn)冷焊鈍化以及焊接空隙。

冷卻區(qū)

　　最后一區(qū)是冷卻，處理過(guò)后的元件組板逐漸冷卻而與焊接點(diǎn)固化。適當(dāng)?shù)睦鋮s能夠抑制金屬互化物的生成或避免元件遭受熱沖擊。典型的冷卻區(qū)設(shè)定溫度為30到100℃之間，快速冷卻能夠產(chǎn)生良好的晶粒結(jié)構(gòu)并達(dá)到較理想的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。與加溫斜率不同，降溫斜率往往不被嚴(yán)格規(guī)范，然而任何元件所能容許的最大昇溫或降溫斜率都應(yīng)該被明確定義和顧及。一般建議的冷卻速率為每秒4℃。

詞源

　　“回流”一詞是用來(lái)指若冷卻至低于特定溫度，焊料合金為固態(tài)；當(dāng)溫度高于焊料的熔點(diǎn)時(shí)，該焊料始熔化并恢復(fù)流動(dòng)，因此稱為“回流”。

　　現(xiàn)代電路組裝技術(shù)所運(yùn)用的回流焊接并不一定需要讓焊料流動(dòng)，而是讓焊膏中的焊料顆粒受熱超過(guò)熔點(diǎn)并融熔即可。

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