回流焊接技術

電子產業蓬勃發展，表面黏著技術無疑是推動成長的重要發明，然而傳統的波峰焊對於體積日漸減小的表面元件已不再那麼適合，因此回流焊接的技術應運而生，本文將介紹回流焊接的技術、分析各種溫度曲線以及常見問題。

 

1. 緒論​

本文的回流焊接溫度曲線參照IPC/JEDEC J-STD-020E標準。實際應用上，須依照產品規格與生產環境調整，超出產品規格可能導致損壞，因此回流焊接請務必於測試無誤後再投入使用。

• 回流焊接

回流焊接即是回焊，是指利用錫膏將電子元件黏接到焊墊上後，透過回焊爐控制溫度，將錫膏逐漸融化，然後把印刷電路板冷卻與焊錫凝固，以達到永久接合目的的技術，是表面黏著技術中用來黏接元件的常見方法，比起傳統波峰焊節省了大量焊料，且更適合使用於小元件的場合。

• 錫膏

在電子產業中是用來焊接電子元件到印刷電路板上的材料，此功能與錫線、錫粉相同。錫膏混合了助焊劑與錫粉，特色是未焊接時具有黏性，可以沾黏放置於電路板表面的元件，保護表面元件在受到輕微震動不至於偏移。最主要目的是透過回焊把表面元件完全固定於印刷電路板。

 

2. 回流焊接溫度曲線

常見的兩種回流焊接溫度曲線有馬鞍式、斜升式，如圖 1、圖 2所示，主要可以分為四個階段，分別是預熱區、吸熱區、回焊區、冷卻區，以下逐一介紹四個階段。

• 預熱區

 

此區域為組裝電路板的溫度由常溫升高至150°C的階段，主要是為了讓印刷電路板及表面元件能夠逐步的預熱，以避免在焊接時對元件造成損壞。在這階段，錫膏中的揮發性溶劑會逐漸揮發，而預熱的時間取決於表面元件可容許的最大溫度變化率、錫膏的溶劑揮發性。

 

• 吸熱區

馬鞍式溫度通常維持在150±10°C的區域，斜升式的溫度則落在150-190°C間。當錫膏正準備融化，焊膏中的揮發物被去除，而活化劑逐漸分解焊接表面的氧化物。此區域最大的作用在於使各個大小、材質不同的表面元件溫度能保持均勻溫度，以在進入回焊區前，組裝電路板能達到熱平衡。

• 回焊區

回焊區是回流焊接過程中溫度最高的區域，稱作液態保持時間(Time Above Liquids, TAL)，溫度大多設定高於焊料液化溫度20-40℃。元件需要在回焊區停留足夠時間以充分潤濕焊點，但時間不能過長，否則會損壞元件。

•  冷卻區

在回焊區之後，元件會經歷一冷卻過程即冷卻區，這個區域主要在強化焊接點。儘管可以讓組裝電路板在空氣中冷卻，但最好還是使用控溫系統控制冷卻速率為佳，因為冷卻速率過快可能損壞元件或焊點剝離；緩慢的冷卻會產生錫-銀-銅-鎳的介金屬化合物而降低焊點的強度。

 

3. 溫度曲線的選擇

常見的溫度曲線有馬鞍式與斜升式兩種，最主要的差異點落在吸熱區，以下簡單介紹兩種曲線。

• 馬鞍式回流焊接溫度曲線

元件呈高密度擺放的組裝電路板如果跳過吸熱區直接進行回焊，或是大量量產時組裝電路板之間的間距過密，回焊時將容易產生焊錫的不良現象，這是因為各類型表面元件吸熱的速率不一致導致，所以需採用馬鞍式溫度曲線。

馬鞍式溫度曲線設置吸熱區的目的就是在進入回焊區之前，讓組裝電路板上的焊墊與各種材質的元件盡可能達到溫度平衡，讓回焊時能達到最佳的焊錫效果。

• 斜升式回流焊接溫度曲線

隨著回焊技術的進步，許多回焊爐擁有熱補償功能，使得各類元件之間的溫差能控制在一定範圍，進而可以採用斜升式溫度曲線，但這溫度曲線在應用上須特別注意印刷電路板上的各重點位置溫度在進入回焊區前是否達到一致，並測試無誤後再採用，以避免產生不沾錫、焊錫不良的狀況。

 

4. 回流焊接常見不良現象

回焊過程中，溫度控管是相當重要的一環，因為若有溫度不均勻的現象發生時，容易造成許多問題，以下將說明各種不良現象及其發生原因。

• 錫珠、錫球

此現象容易發生於升溫過快的時候，錫膏內迅速揮發的氣體會連同錫膏一起往外帶，使得回焊時分離出來的錫膏會融化聚集，位於表面元件間隙下的稱為錫珠；飛濺出來的稱為錫球。

• 枕頭效應

枕頭效應的主要原因可能是因為燈蕊效應造成，起因是預熱時間太長，使焊錫過度氧化引起。改善方法是減少回焊時間。

• 立碑現象

此現象是因為回流焊過程中元件表面兩端潤濕時間不同所導致，其中一個改善方式是藉由減緩焊接升溫速率，使元件兩端溫度在熔點前即達到熱平衡，或是選用高黏性的錫膏。此現象是取決於印刷電路板板上的焊墊設計，當元件兩端焊墊大小不同、不對稱時較容易發生立碑、歪斜現象。

 

5. 結論

隨著表面貼焊技術的發展逐漸成熟，回流焊接更適合體積日漸減小的表面貼合元件，回流焊技術在生產上有許多瑕疵都是由於溫度控制不當引起的，因此在回流焊接的應用上，對溫度的掌控將大大影響生產的結果。

 

 

 

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