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）將一或多個電子元件連接到接觸墊上之后，透過控制加溫來熔化焊料以達到永久接合，可以用回焊爐、紅外加熱燈或熱風(fēng)槍等不同加溫方式來進行焊接。

　　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通孔插裝（THT）來連接電子元件。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行軟釬焊。由于波焊接（Wavesoldering）較便宜且簡單，所以回流焊接基本上不會運用在通孔插裝的電路板上。當運用于同時包含SMT和THT元件的電路板時，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)的回流焊接過程中，通常分為四個階段，稱為“區(qū)（Zone）”，每一個區(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階段，整塊元件組板的溫度爬昇至目標的浸熱溫度。主要是為使元件組板能夠安全并逐步的達到浸熱的工作溫度（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，一個重要的指標就是觀察溫度提升的速率，或者溫度對時間的上升斜率，單位為攝氏溫度每秒（℃/s）。許多變因會影響到該斜率，包括設(shè)定的加熱時間、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?shù)闹匾裕话愣裕娮釉Ω邷氐某惺芏瓤剂客亲顬橹匾摹?/span>

　　若溫度變化太快，許多電子元件會出現(xiàn)內(nèi)部裂痕，可容許的最大溫度變化率是依據(jù)對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，假如組板無熱敏感元件且提高生產(chǎn)率為主要考量時，可容許并采用更高的加溫斜率以縮短制程時間。基于此原因，許多制造商的機臺能力可達到業(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，加熱太快則容易造成失控，例如揮發(fā)性溶劑的汽化過于劇烈而造成焊料噴濺至電路板上，過激汽化也可能會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，制程即進入浸熱（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，助焊劑會開始在元件導(dǎo)線和焊墊上進行氧化還原反應(yīng)。過高的溫度可能導(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，也就是進入回焊區(qū)的前一刻，理想狀況為整塊元件組已達到均衡的熱平衡。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，亦是整個過程中達到溫度最高的階段。最重要的即是峰值溫度，也就是整個過程中所允許之最大溫度。常見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）。標準的原則是以該溫度容忍值減去5℃。溫度的監(jiān)控相當重要，超過峰值溫度可能會造成元件內(nèi)部的金屬晶粒損壞，并可能造成金屬互化物的產(chǎn)生；過低的溫度可能會造成焊膏冷焊與回流不良。

                                                                                                                                                                                                                                                                                              商業(yè)用回焊爐

　　“液態(tài)以上時間”（TimeAboveLiquids；TAL）或稱“回流以上時間”，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結(jié)合。如果配熱的時間超過制造商的設(shè)定，可能使助焊劑過早激活或者內(nèi)含之溶劑過度消耗，過度干燥的焊膏會導(dǎo)致焊接點無法成型。

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

　　定義出一個最低回流時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的安全界線，液化時間的理想狀況應(yīng)保持液態(tài)60秒以下，額外的液化時間可能會催生出過多金屬互化物，導(dǎo)致連接點的脆化。電路板與元件也可能在過長的液化時間下受到破壞，大多數(shù)的組件都會提供明確定義的可承受溫度與其曝溫時間。過低的液化時間可能造成溶劑與助焊劑未釋出，而造成潛在的連接點冷焊鈍化以及焊接空隙。

冷卻區(qū)

　　最后一區(qū)是冷卻，處理過后的元件組板逐漸冷卻而與焊接點固化。適當?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)并達到較理想的結(jié)構(gòu)強度。與加溫斜率不同，降溫斜率往往不被嚴格規(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”一詞是用來指若冷卻至低于特定溫度，焊料合金為固態(tài)；當溫度高于焊料的熔點時，該焊料始熔化并恢復(fù)流動，因此稱為“回流”。

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

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