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回流焊与波峰焊:焊接双雄的差异解析

2024-11-25
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一、回流焊与波峰焊概述

(一)回流焊

回流焊是通过加热融化预先涂布在焊盘上的焊锡膏,实现电子元器件和 PCB 上的焊盘电气互连,最终将元器件焊接在 PCB 板上。一般分为预热区、加热区和冷却区。适用于贴片电子元器件。
回流焊的工作原理是将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板,让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。而机器内部的气体在循环流动所以得名 “回流焊”。
回流焊加工的是外表贴装的板材,其加工流程较为复杂,可分为单面贴装和双面贴装两种技术。


  • 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。

(二)波峰焊

波峰焊使用泵机将熔化的焊料喷流成焊料波峰,将电子元器件的引脚通过焊料波峰实现电气互连。分为喷雾、预热、锡炉、冷却四部分。适用于手插板和点胶板。
波峰焊是比较常见的电子设备,其主要目的是为了让插件板的焊接表面与高温状态下的液态锡直接接触,从而完成焊接。运输到机器内部的板材喷涂上助焊剂,进行预热加温,使焊料与 PCB 板材的焊接面接触。在机器内部,高温液态锡由于特殊装置始终保持一种斜面状态,且呈现出一道道类似波浪的状态,由此得名 “波峰焊”。
波峰焊的工艺流程如下:


  1. 涂布助焊剂:pcb 板传输进波峰焊机,途径检测器,喷头沿着治具的起始位置匀速喷涂,使 PCB 板的焊盘,电路过孔及元器件引脚表面都涂布上一层助焊剂。


  2. PCB 板预热:电路板继续传送,红外线热管或热板进行加热,pcb 板加热到润湿温度激活助焊剂,同时在预热阶段湿度控制在 70~110℃之间。


  3. 波峰焊接:随着焊机内温度不断升高,焊膏逐渐被加热成为液态状,机器内部特殊装置使液态锡形成波浪状,其边缘板在其上方经过,元器件需要焊接的地方与液态锡接触,从而可以牢固的粘贴在板上。


  4. 线路板风冷:随着波峰焊机内部温度达到峰值,经过制冷系统使 PCB 温度急剧下降冷却。

二、回流焊与波峰焊的区别

(一)焊接状态不同


  1. 波峰焊是熔融的焊锡形成焊料波峰对元件进行焊接。在波峰焊设备中,熔融的软钎焊料(通常为铅锡合金)经电动泵或电磁泵喷流成特定形状的焊料波峰,或者通过向焊料池内注入氮气来形成波峰。当带有元器件的印刷电路板经过这些波峰时,元器件的焊端或引脚就会被焊料波峰覆盖并完成焊接过程。


  2. 回流焊是高温热风形成回流熔化焊锡对元件进行焊接。回流焊是通过将空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板,让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。而机器内部的气体在循环流动,从而实现焊接。

(二)工艺不同


  1. 波峰焊要先喷助焊剂,再经过预热、焊接、冷却区。当 PCB 板传输进波峰焊机后,喷头会沿着治具的起始位置匀速喷涂助焊剂,使 PCB 板的焊盘、电路过孔及元器件引脚表面都涂布上一层助焊剂。接着,电路板继续传送,通过红外线热管或热板进行加热,将 pcb 板加热到润湿温度激活助焊剂,同时在预热阶段湿度控制在 70~110℃之间。随着焊机内温度不断升高,焊膏逐渐被加热成为液态状,机器内部特殊装置使液态锡形成波浪状,其边缘板在其上方经过,元器件需要焊接的地方与液态锡接触,从而可以牢固的粘贴在板上。最后,随着波峰焊机内部温度达到峰值,经过制冷系统使 PCB 温度急剧下降冷却。


  2. 回流焊经过预热区、回流区、冷却区。回流焊加工的是外表贴装的板材,在工作前,PCB 板材上已经存在焊料,只需经过预热区将整块元件组板的温度爬升至目标的浸热温度,主要是为使元件组板能够安全并逐步的达到浸热的工作温度,也能够使焊膏中的挥发性溶剂汽化和挥发离去。然后进入浸热区,通常为 60 至 120 秒的受热,用于去除焊膏中的挥发性物质和激活助焊剂,助焊剂会开始在元件导线和焊垫上进行氧化还原反应。接着进入回焊区,这是整个过程中达到温度更高的阶段,最重要的即是峰值温度,也就是整个过程中所允许之更大温度。常见的峰值温度为高于焊料液化温度的 20 至 40℃以上。最后进入冷却区,处理过后的元件组板逐渐冷却而与焊接点固化。适当的冷却能够抑制金属互化物的生成或避免元件遭受热冲击。

(三)适用范围不同


  1. 回流焊适用于贴片电子元器件。回流焊采用热风或红外辐射加热方式,使预先放置在 PCB 板上的元器件引脚上的焊膏受热熔化,冷却后凝固,从而将元器件与 PCB 板牢固连接。整个过程类似于金属的热熔再凝固,无需直接接触焊接液,特别适用于表面贴装元件(SMD)的焊接,如芯片、电阻、电容等,因其无需穿孔安装,可实现高密度组装,提高产品集成度。


  2. 波峰焊适用于插脚电子元器件。波峰焊通过熔融的焊锡形成波浪状,PCB 板载着插装的元器件以一定角度通过波峰,焊锡接触并覆盖引脚,冷却后形成焊接点。这种方式要求元器件引脚需穿过 PCB 板孔洞进行焊接,更适合于穿孔插装元件(THT)的焊接,如大型集成电路、连接器、变压器等,通过引脚穿过 PCB 板实现稳固连接。

三、回流焊与波峰焊工艺流程

(一)回流焊工艺流程


  1. 单面贴装:预涂锡膏后,可选择手工贴装或机器自动贴装将电子元器件贴装在 PCB 板上,接着进入回流焊环节。在回流焊过程中,空气或氮气被加热到足够高的温度后吹向线路板,使元件两侧的焊料融化后与主板粘结,实现电子元器件和 PCB 上的焊盘电气互连。最后进行检查及电测试,确保焊接质量和电子元器件的性能。


  2. 双面贴装:首先在 A 面预涂锡膏,通过手工贴装和机器自动贴装完成电子元器件的贴装后进行回流焊。然后在 B 面重复预涂锡膏、贴装和回流焊的步骤。最后进行检查及电测试,以保证双面贴装的质量和可靠性。

(二)波峰焊工艺流程

首先将元件插入相应元件孔中,然后预涂助焊剂,助焊剂可以去除被焊金属表面的氧化物,促使热从热源向焊接区传递,并降低融熔焊料表面张力,增强润湿性。接着进行预烘,使 PCB 板的温度逐渐升高,激活助焊剂并去除可能吸收的潮气或稀释助焊剂的载体溶剂。之后进入波峰焊环节,当 PCB 板通过焊料波峰时,元件的引脚被焊料覆盖,实现电气互连。最后切除多余插件脚并进行检查,确保焊接质量符合要求。


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