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回流焊温度对电路板的影响及关系分析

雨後陽光 来源:雨後陽光 作者:雨後陽光 2024-12-11 16:27 次阅读

一、回流焊工艺概述

回流焊是一种通过预先印刷在电路板焊盘上的锡膏,在加热环境下熔化,使表面贴装元器件(SMD)与电路板形成可靠电气连接和机械连接的焊接威廉希尔官方网站 。在这个过程中,温度是影响焊接质量的关键因素,它直接决定了锡膏的熔化状态、元器件的受热情况以及最终焊点的质量。

二、回流焊不同温区温度对电路板的影响

(一)预热区

温度范围及目的

预热区温度一般在 150 - 200°C 之间。这个阶段的主要目的是让电路板和元器件缓慢而均匀地升温。

例如,对于一块含有多层复杂布线的通信电路板,预热可以使整个电路板的温度梯度较小,避免局部过热。

对电路板的影响

去除水汽和溶剂:电路板在生产和存储过程中会吸附一定的水分,预热过程可以使这些水分和助焊剂中的溶剂缓慢蒸发。如果预热温度不够,水汽在后续高温区快速蒸发,可能会在焊点处形成气泡,降低焊点的机械强度和电气性能。

减少热冲击:对温度敏感的元器件,如某些塑料封装的芯片,适当的预热可以减少其在后续高温区所受的热冲击。如果没有预热或者预热温度过低,当这些元器件突然进入高温区时,可能会因为热应力而损坏。

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(二)保温区

温度范围及目的

保温区温度通常维持在 180 - 220°C 左右。在此温区,锡膏中的助焊剂充分发挥作用,去除元器件引脚和电路板焊盘表面的氧化物,同时使锡膏处于一种合适的黏度状态,为后续的回流焊接做好准备。

对电路板的影响

助焊剂作用的优化:合适的保温温度能确保助焊剂完全活化,有效清除氧化层。例如,对于表面氧化程度稍高的元器件引脚,在保温区适当的温度下,助焊剂可以更好地与之反应,使引脚表面变得清洁,有利于后续焊料的附着。

锡膏性能的调节:温度会影响锡膏的黏度和流动性。如果保温温度偏低,锡膏不能充分软化和流动,会导致焊接时锡膏不能很好地填充引脚和焊盘之间的间隙,容易造成焊接不充分。相反,温度偏高可能会使锡膏过早干涸,也会引发焊接不良,并且可能使一些元器件因长时间处于高温而性能劣化。

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氮气回流焊

(三)回流区

温度范围及目的

回流区是回流焊的关键温区,温度一般在 220 - 260°C 之间。在这个区域,锡膏完全熔化并形成良好的焊点。

对电路板的影响

焊点质量的关键因素:回流区温度的准确性和稳定性对焊接质量至关重要。如果温度过低,锡膏不能完全熔化,会产生冷焊现象。冷焊的焊点外观粗糙,内部结构疏松,焊点强度不足,容易在后续使用过程中出现开路故障。例如,在一个汽车电子控制单元的电路板上,如果回流温度不够,发动机控制芯片的引脚焊接出现冷焊,可能会导致信号传输中断,影响汽车的正常运行。

氧化和热应力问题:温度过高会使焊料过度氧化,降低焊点的可靠性。同时,过高的温度也会对电路板和元器件造成更大的热应力。对于一些耐热性较差的元器件,如陶瓷电容,可能会出现开裂等问题。而且,过度的热应力还可能导致电路板的变形,影响电路板的尺寸精度和元器件的安装精度。

(四)冷却区

温度范围及目的

冷却区的作用是使焊点快速冷却凝固,以形成稳定的晶体结构,提高焊点强度。冷却速度通常控制在 2 - 5°C/s。

对电路板的影响

焊点性能的提升:合适的冷却速度可以使焊点形成细小而均匀的晶粒结构,提高焊点的机械性能和电气性能。如果冷却速度过慢,可能会导致焊点结晶粗大,降低焊点的强度。例如,在一个工业自动化控制电路板中,冷却速度过慢会使焊点的抗剪切强度降低,在设备振动等工况下,焊点更容易出现疲劳失效。

对电路板整体性能的影响:对于一些高密度电路板,由于元器件布局紧密,散热相对困难。合理的冷却区温度设置尤为重要,否则可能会因为局部过热而影响整个电路板的性能和可靠性。

三、回流焊温度与电路板材料及元器件的关系

(一)电路板材料

基材特性的影响

常用的电路板基材如 FR - 4,在不同温度下有不同的性能表现。在回流焊的高温过程中,其玻璃化转变温度是一个关键指标。如果回流焊温度过高,接近或超过基材的玻璃化转变温度,基材会变软、变形。例如,在一些高精度的电路板,如医疗设备电路板,基材变形会导致元器件之间的间距发生变化,影响电气性能和设备的准确性。

温度对电路板布线的影响

电路板上的布线在温度变化时也会产生热膨胀。如果回流焊温度控制不当,布线的热膨胀可能会导致线路断裂或者与相邻线路短路。特别是对于一些细间距的布线,这种风险更为明显。

(二)元器件

不同类型元器件的温度耐受性

电路板上有各种类型的元器件,如芯片、电容、电阻等。不同元器件对温度的耐受性不同。例如,一些高精度的interwetten与威廉的赔率体系 芯片对温度变化非常敏感,微小的温度偏差可能会影响其性能参数。而一些功率元器件,如功率电阻,虽然能够承受较高的温度,但如果回流焊温度过高且持续时间过长,也可能会影响其寿命和性能。

温度对元器件引脚和封装的影响

元器件引脚的材质和表面处理在回流焊温度下也很关键。例如,镀金引脚和镀锡引脚在高温下的反应不同。同时,元器件的封装材料,如塑料封装或陶瓷封装,在高温下可能会发生变形、开裂等情况,影响元器件的正常功能。

四、结论

回流焊温度对电路板的影响是多方面的,从焊点质量到电路板材料性能,再到元器件的可靠性都与之密切相关。在实际的电路板焊接过程中,必须根据电路板的具体结构、元器件类型和焊接要求,精确控制回流焊的各个温区温度,以确保高质量的焊接效果,提高电路板的整体性能和可靠性。

审核编辑 黄宇

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