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SMT 中回流焊和波峰焊的原理差异解析

信息来源于:互联网 发布于:2025-03-05

在表面贴装技术(SMT)领域,回流焊与波峰焊是实现电子元件与印刷电路板(PCB)电气连接的两大关键焊接工艺。尽管二者目的一致,但在原理上存在显著差异,这些差异决定了它们各自的适用场景与焊接效果。深入了解这些原理差异,对优化 SMT 生产流程、提升产品质量具有重要意义。
回流焊原理详述
回流焊的核心原理基于焊料(通常为锡膏)的热物理特性。在 SMT 生产前期,锡膏已通过印刷工艺精准地涂覆在 PCB 的焊盘上,同时表面贴装元件(SMD)也已由贴片机准确放置在对应位置。此时,PCB 被送入回流焊炉。
回流焊炉内部划分为多个温区,每个温区具备独立的温度控制功能。当 PCB 依次通过这些温区时,经历预热、保温、回流和冷却四个主要阶段。
在预热阶段,炉内温度缓慢上升,PCB 与元件均匀受热。这一过程中,锡膏中的溶剂逐渐挥发,避免在后续高温阶段因溶剂迅速沸腾导致锡膏飞溅,同时元件与 PCB 逐步升温,降低热冲击风险。例如,对于一款采用无铅锡膏的 PCB,预热温度可能从室温缓慢提升至 150℃左右,时间持续约 90 秒。
进入保温阶段,温度维持在一个相对稳定的范围,一般在 180℃ - 200℃之间。在此阶段,锡膏中的助焊剂充分活化,其主要作用是去除元件引脚与 PCB 焊盘表面的氧化物,增强焊料的润湿性,为后续焊接创造良好条件。保温时间通常控制在 60 - 90 秒,确保助焊剂能有效发挥作用。
回流阶段是焊接的关键环节。此时温度快速上升,达到锡膏的熔点以上,一般无铅锡膏熔点在 217℃ - 227℃之间。锡膏迅速熔化,在表面张力作用下,液态焊料浸润元件引脚与焊盘,填充二者之间的间隙,实现良好的电气连接。这一阶段温度需精准控制,过高温度可能导致元件损坏、焊点氧化过度,过低温度则会造成焊接不充分、虚焊等问题。回流时间一般在 30 - 60 秒。
最后是冷却阶段,PCB 快速降温,液态焊料凝固,形成牢固的焊点。冷却速率同样需要控制,过快冷却可能产生焊点内部应力集中,影响焊点强度;过慢冷却则可能导致焊点表面氧化,降低焊接质量。通常冷却至 80℃以下即可完成整个回流焊过程。
波峰焊原理剖析
波峰焊的原理与回流焊有着本质区别。波峰焊主要用于焊接有引脚的元件,无论是传统插装元件还是部分 SMT 中的异形元件。在焊接前,元件引脚已插入 PCB 的通孔或放置在特定焊盘上。
波峰焊设备主要由焊料槽、波峰发生器、传送装置等部分组成。焊料槽内的焊料在加热系统作用下保持液态,通过波峰发生器将液态焊料形成特定形状的波峰,常见的为双波峰,即紊流波和平滑波。
当 PCB 通过传送装置进入波峰焊区域时,首先接触紊流波。紊流波具有较强的冲击力,能够有效去除元件引脚和 PCB 焊盘表面的氧化物,同时将空气从引脚与焊盘的间隙中挤出,增强焊料的浸润能力。由于紊流波的不规则性,能使焊料更好地填充复杂形状的引脚与焊盘之间的间隙。
紧接着,PCB 接触平滑波。平滑波的作用是修整焊点,使焊点表面更加光滑、美观,减少桥连、拉尖等焊接缺陷。在平滑波的作用下,多余的焊料被去除,焊点的形状和尺寸更加均匀,提高焊接质量。
在波峰焊过程中,PCB 的传送速度、波峰高度、预热温度等参数对焊接质量影响显著。合适的传送速度确保元件引脚与焊料有足够的接触时间,波峰高度需保证焊料能够充分覆盖引脚与焊盘,预热温度则用于减少 PCB 与元件在焊接过程中的热冲击,同时使助焊剂发挥作用,提高焊接效果。
原理差异对比总结
焊料施加方式
回流焊是先将锡膏印刷在 PCB 焊盘上,通过加热使锡膏熔化实现焊接;而波峰焊是将元件引脚直接浸入液态焊料波峰中,焊料通过波峰与引脚接触完成焊接。这种差异使得回流焊更适用于表面贴装元件的焊接,而波峰焊在有引脚元件的焊接上更具优势。
温度控制模式
回流焊通过多温区精确控制温度曲线,分阶段实现锡膏的预热、活化、熔化和冷却;波峰焊则主要通过控制焊料温度、预热温度以及传送速度来保证焊接质量。回流焊的温度控制更为精细,能够满足不同类型锡膏和元件对温度曲线的特定要求;波峰焊的温度控制相对简单直接,但对设备参数的整体匹配要求较高。
焊接过程特点
回流焊的焊接过程相对温和,热冲击较小,适合对温度敏感的元件;波峰焊由于存在波峰的冲击,对元件的机械强度有一定要求,不太适合微小、脆弱的表面贴装元件。但波峰焊在处理有引脚元件的焊接时,效率较高,尤其适用于批量生产。
适用场景
回流焊广泛应用于 SMT 生产中,特别是在高密度、小型化的电子产品制造中,如手机主板、平板电脑主板等;波峰焊则常用于传统插装元件与 SMT 异形元件混合组装的电路板焊接,在一些对成本敏感、生产效率要求高的电子产品,如家电产品的电路板生产中应用较多。
回流焊和波峰焊在 SMT 领域各有其独特的原理与适用范围。电子制造企业应根据产品类型、元件特性、生产规模等因素,合理选择焊接工艺,以实现高效、高质量的生产。随着 SMT 技术的不断发展,两种焊接工艺也在持续改进与创新,以适应日益复杂的电子制造需求。
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