回流焊與波峰焊:選擇正確的 PCB 組裝方法
在快節(jié)奏的電子制造世界中,焊接是可靠的印刷電路板 (PCB) 組裝的支柱。兩種主要技術——回流焊和波峰焊——在將元件連接到 PCB 中起著關鍵作用,每種技術都有不同的工藝、優(yōu)勢和應用。對于工程師來說,選擇正確的方法可以顯著影響生產(chǎn)效率、成本和產(chǎn)品質(zhì)量。在這份綜合指南中,我們探討了回流焊和波峰焊之間的區(qū)別、它們的理想用例和關鍵考慮因素,以幫助您為 PCB 組裝項目做出明智的決策。
無論您是設計緊湊的高密度電路板還是組裝大型通孔元件,了解這些焊接方法都是必不可少的。讓我們深入了解技術細節(jié),比較它們的優(yōu)勢,并提供實用的見解來優(yōu)化您的制造流程。
回流焊是表面貼裝技術 (SMT) 元件的首選方法,由于其精度和適應性,該元件廣泛用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。該過程包括將焊膏(粉末狀焊料合金和助焊劑的混合物)涂在 PCB 焊盤上,放置元件,并在受控回流爐中加熱組件以熔化焊料并形成永久接頭。
1. 焊膏應用:使用模板打印機將焊膏沉積在 PCB 焊盤上以進行精確放置。漿料通常含有錫、銀和銅,既是粘合劑,又是焊接介質(zhì)。
2. 元件放置:自動拾取和放置機器將 SMT 元件定位到焊膏覆蓋的焊盤上。粘性糊狀物將組件固定到位。
3. 預熱:PCB 進入回流焊爐,逐漸加熱(每秒 2-4°C)至 150-180°C,以激活助焊劑、去除氧化物并防止熱沖擊。
4. 熱浸:組件保持在穩(wěn)定溫度(約 180-200°C)以確保均勻加熱和助焊劑激活。
5. 回流焊:溫度上升到 220-260°C,熔化焊膏形成液體接頭,將元件粘合到焊盤上。
6. 冷卻:PCB 以受控速率(通常為 30-100°C)冷卻以固化焊點,最大限度地減少熱應力并確保機械強度。
- 精度: 非常適合細間距元件(例如 0.5 mm 間距 QFP)和高密度 PCB。
- 自動化:高度自動化,降低人工成本并提高一致性。
- 靈活性: 適用于單面和雙面 SMT 組裝。
- 減少熱沖擊: 與波峰焊相比,受控加熱最大限度地減少了元件上的應力。
- 設備成本: 回流焊爐和模板打印機需要大量投資。
- 不適用于通孔:除非使用引腳浸膏技術,否則對通孔元件效果較差。
波峰焊是一種批量焊接工藝,主要用于通孔技術 (THT) 組件和一些表面貼裝組件。它涉及將 PCB 穿過熔融的焊料波峰,從而在短時間內(nèi)建立可靠的電氣和機械連接。
1. 助焊劑應用:將助焊劑噴涂到 PCB 的底面上,以清潔元件引線和焊盤,去除氧化物以更好地潤濕焊料。
2. 預熱:PCB 預熱至 100-150°C,以激活助焊劑并防止接觸熔融焊料時的熱沖擊。
3. 波峰焊:PCB 通過泵送的熔融焊料波峰(通常在 250-260°C),該波峰與元件引線和焊盤接觸以形成焊點。接觸時間很短,持續(xù) 2-4 秒。
4. 冷卻:使用空氣或水冷卻 PCB 以固化焊點并將組件固定到位。
- 速度:高效用于大批量 THT 組件,可在幾秒鐘內(nèi)焊接多塊板。
- THT 成本效益高: 與 SMT 回流焊相比,通孔元件的設置成本更低。
- 堅固的接頭: 產(chǎn)生堅固的機械連接,非常適合承受物理應力的組件(例如連接器)。
- 熱應力:高焊接溫度(高達 260°C)會對敏感元件造成應力,導致翹曲或開裂。
- 不適合細間距 SMT:高密度表面貼裝設計的精度較低。
- 設置復雜: 需要仔細控制波高、輸送機速度和溫度,以避免橋接或接頭不完整等缺陷。
要選擇正確的焊接方法,工程師必須了解回流焊和波峰焊在工藝、應用和性能方面的區(qū)別。以下是詳細的比較:
- 回流焊接:最適合 SMT 元件,例如片式電阻器、電容器和具有細間距引線的 IC(例如,0.4 mm 間距 BGA)。它在精度至關重要的高密度設計中表現(xiàn)出色。
- 波峰焊:主要用于 THT 組件,如連接器、電容器和 DIP IC,其中引線穿過 PCB 孔。如果粘在電路板的底部,它還可以焊接 SMT 元件,盡管這種情況不太常見。
- 回流焊:由于自動焊膏應用和精確的烤箱溫度曲線,更易于控制。通過精確的漿料沉積,可以最大限度地減少橋接等缺陷。
- 波峰焊:更復雜,需要專業(yè)知識來調(diào)整波高、輸送機速度(通常為 1-2 m/min)和焊接溫度。不正確的設置會導致焊橋或接頭不完整等缺陷。
- 回流焊:由于受控加熱,熱應力較低(峰值為 220-260°C)。非常適合熱敏元件。
- 波峰焊:在 250-260°C 下直接接觸熔融焊料會產(chǎn)生更高的熱應力,這會導致薄 PCB 翹曲(例如 <1.6 mm 厚)或損壞精密元件。
- 回流焊: 適用于小批量和大批量生產(chǎn),為原型制作和大規(guī)模制造提供靈活性。
- 波峰焊:針對大批量 THT 生產(chǎn)進行了優(yōu)化,其中速度(例如 100 塊板/小時)超過了對細間距精度的需求。
- 回流焊:由于精確的焊膏應用和受控的加熱,缺陷率較低(通常為 <1% 的立碑或橋接)。
- 波峰焊: 如果波峰焊參數(shù)未優(yōu)化,則缺陷風險較高(例如,橋接或跳焊為 2-5%)。
回流焊是大多數(shù)現(xiàn)代 PCB 組件的首選,尤其是那些涉及 SMT 元件的 PCB 組件。在以下情況下考慮回流焊接:
- 您的設計包括細間距或高密度元件,例如 0402 電阻器或 0.5 mm 間距 QFP。
- 您需要組裝雙面 PCB,因為回流焊可以使用不同的焊膏處理兩側的元件(例如,A 面為高熔融,B 面為低熔融)。
- 熱敏感性是一個問題,因為回流焊的受控加熱降低了組件損壞的風險。
- 您正在進行原型設計或生產(chǎn)中小批量產(chǎn)品,其中設置靈活性至關重要。
例如,具有數(shù)百個 SMT 元件(例如 0603 電容器、BGA)的智能手機 PCB 依靠回流焊來實現(xiàn)其緊湊、高密度的布局。該工藝可確保精確的焊點,而不會影響電路板的 0.8 mm 厚度。
波峰焊在涉及通孔元件或混合技術電路板的場景中大放異彩。在以下情況下選擇波峰焊:
- 您的 PCB 主要使用 THT 組件,例如大型電解電容器或排針,這些組件需要牢固的機械粘合。
- 您正在生產(chǎn)速度至關重要的大批量組件,例如每塊板具有 50+ THT 組件的汽車控制模塊。
- 成本是優(yōu)先考慮的,因為與回流裝置相比,波峰焊需要更便宜的 THT 組件設備。
例如,帶有 THT 連接器和繼電器的工業(yè)控制板受益于波峰焊快速形成堅固接頭的能力,確保在機械應力下的耐用性。
許多 PCB 結合了 SMT 和 THT 元件,需要混合方法。在這種情況下,典型的過程是:
1. 先回流焊:使用回流焊在一側或兩側焊接 SMT 元件。對于雙面板,在 A 面涂上高熔點焊膏(例如 SAC305,熔點為 217°C),回流焊,然后在 B 面使用低熔點焊膏(例如 SnBi,熔點為 138°C),以避免重新熔化 A 面接頭。
2. 波峰焊:將 THT 元件粘在板的底面,然后通過波峰焊機焊接通孔引線。
這種方法利用了 SMT 的回流焊精度和 THT 的波峰速度,但它增加了工藝復雜性和成本。例如,用于醫(yī)療設備的混合技術 PCB 可能會對 SMT 傳感器使用回流焊,對 THT 電源連接器使用波紋,從而確保精度和耐用性。
在回流焊和波峰焊之間進行選擇涉及權衡幾個因素:
- 元件組合:分析您的 BOM(物料清單)以確定 SMT 與 THT 元件的比例。使用 >80% SMT 元件的設計有利于回流焊。
- 電路板復雜性:具有細間距元件(例如 0.4 mm 間距)的高密度電路板需要回流焊的精度,而更簡單的 THT 重板適合波峰焊。
- 量產(chǎn):對于小批量原型設計(例如 <100 塊板),回流焊的靈活性是理想的。對于大批量 THT 生產(chǎn)(例如,>10,000 塊電路板),波峰焊的速度是有利的。
- 熱約束:檢查組件數(shù)據(jù)表以了解最大額定溫度。敏感組件(例如,最高 240°C)可能需要較低的回流焊峰值溫度。
- 缺陷?
缺陷容忍度:如果您的應用要求低缺陷率(例如,航空航天的缺陷率為 <0.5%),則與波峰焊相比,回流焊的精度降低了風險。
捷配了解焊接在交付高質(zhì)量 PCB 組件方面的關鍵作用。我們先進的制造設施和快速原型制作服務支持回流焊和波峰焊,可根據(jù)您的項目特定要求量身定制。無論您是需要用于高密度 SMT 設計的精密回流焊,還是需要用于 THT 重型電路板的高速波峰焊,我們的全球物流和最先進的設備都能確??焖?、可靠的結果。
在回流焊和波峰焊之間進行選擇取決于 PCB 的元件類型、生產(chǎn)目標和質(zhì)量要求?;亓骱冈诰群挽`活性方面表現(xiàn)出色,使其成為消費電子產(chǎn)品等 SMT 密集型、高密度設計的標準。波峰焊憑借其速度和強度,對于汽車或工業(yè)系統(tǒng)等大批量應用中的 THT 組件仍然至關重要。對于混合技術電路板,可能需要采用混合方法,以平衡兩種方法的優(yōu)勢。
通過仔細評估設計需求(元件組合、熱限制、體積和預算),您可以選擇確??煽啃院托实暮附臃椒?。與經(jīng)驗豐富的 PCB 制造商合作,改進您的流程并實現(xiàn)最佳結果。
技術資料