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(一)温度曲线的构成与作用
回流焊设备内部通常划分成多个温区,主要包含预热区、保温区、回流区以及冷却区这几个关键部分,它们共同塑造出一条完整的温度曲线,而每个温区都有着不可或缺的功能。
预热区:其作用是逐步且温和地提升 PCB 板以及贴装在上面的元器件的温度。这是因为如果一开始就采用高温,由于元器件和 PCB 板各部分热膨胀系数不同,容易产生热应力,导致 PCB 板变形或者元器件受损。通过预热,能让它们慢慢适应后续更高温度的环境,同时也有助于激活锡膏中的助焊剂成分,使其更好地发挥去除氧化物、改善焊接润湿性的作用。一般来说,预热区的温度会从室温逐渐上升到大概 150℃左右,升温速率控制在每秒 1 - 3℃左右。
保温区:当经过预热区后,PCB 板进入保温区,这里温度基本维持在一个相对稳定的区间,通常在 150℃ - 180℃之间。在这个温区,锡膏中的助焊剂能够充分地发挥作用,进一步去除焊接表面的氧化物,并且使锡膏中的焊锡颗粒均匀受热,为即将到来的回流焊接做好充分准备,保证后续熔化过程更加均匀顺畅。
回流区:这是整个温度曲线中的核心区域,温度会快速攀升,一般能达到锡膏中焊锡的熔点之上,像常见的无铅锡膏,回流区温度可能会达到 217℃左右(不同配方的锡膏熔点会有差异)。在这个高温环境下,锡膏完全熔化,在液态状态下依靠表面张力、重力等作用,充分填充元器件引脚与 PCB 焊盘之间的间隙,形成良好的焊点形状,实现可靠的焊接连接。
冷却区:完成回流焊接后,PCB 板需要快速冷却下来,冷却区的任务就是通过风冷、水冷等冷却方式,促使焊点快速凝固,使焊锡从液态变回固态,固定住元器件与 PCB 板的连接状态。合理的冷却速率很关键,如果冷却过慢,可能会导致焊点结晶粗大,影响焊点的机械性能和电气性能;而冷却过快,又容易产生热应力,使焊点出现裂纹等缺陷。一般冷却速率控制在每秒 3 - 6℃左右。
(二)锡膏在回流焊过程中的变化
在整个回流焊过程中,预先涂覆在 PCB 焊盘上的锡膏扮演着关键角色。一开始,锡膏处于膏状,包含了焊锡颗粒、助焊剂以及其他添加剂等成分。
在预热区,助焊剂开始被激活,随着温度升高逐步去除焊接表面的一些轻微氧化物,并改善焊接面的润湿性。进入回流区时,焊锡颗粒在高温作用下熔化汇聚成液态,此时液态焊锡在元器件引脚和焊盘之间流动、填充,形成牢固的连接。最后到冷却区,液态焊锡凝固,将元器件牢牢固定在 PCB 板上,最终完成整个焊接过程。
总之,SMT 回流焊凭借其独特的作用和科学合理的工作原理,成为现代电子制造行业中不可或缺的关键工艺,有力地推动了电子产品高质量、高效率生产的发展进程。
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