1、什麼是迴流焊
迴流焊是英文Reflow是通過重新熔化預先分配到印製板焊盤上的膏裝軟釺焊料，實現表面組裝元器件焊端或引腳與印製板焊盤之間機械與電氣連接的軟釺焊。迴流焊是將元器件焊接到PCB板材上，迴流焊是對錶面帖裝器件的。迴流焊是靠熱氣流對焊點的作用,膠狀的焊劑在一定的高溫氣流下進行物理反應達到SMD的焊接；之所以叫"迴流焊"是因為氣體在焊機內循環流動產生高溫達到焊接目的。
迴流焊原理分為幾個描述：
（迴流焊溫度曲線圖）
A.當PCB進入升溫區時，焊膏中的溶劑、氣體蒸發掉，同時，焊膏中的助焊劑潤溼焊盤、元器件端頭和引腳，焊膏軟化、塌落、覆蓋了焊盤，將焊盤、元器件引腳與氧氣隔離。
B.PCB進入保溫區時，使PCB和元器件得到充分的預熱，以防PCB突然進入焊接高溫區而損壞PCB和元器件。
C.當PCB進入焊接區時，溫度迅速上升使焊膏達到熔化狀態，液態焊錫對PCB的焊盤、元器件端頭和引腳潤溼、擴散、漫流或迴流混合形成焊錫接點。
D.PCB進入冷卻區，使焊點凝固此；時完成了迴流焊。
雙軌迴流焊的工作原理
雙軌迴流焊爐通過同時平行處理兩個電路板，可使單個雙軌爐的產能提高兩倍。目前, 電路板製造商僅限於在每個軌道中處理相同或重量相似的電路板。而現在, 擁有獨立軌道速度的雙軌雙速回流焊爐使同時處理兩塊差異更大的電路板成為現實。首先，我們要了解影響熱能從迴流爐加熱器向電路板傳遞的主要因素。在通常情況下，如圖所示，迴流焊爐的風扇推動氣體（空氣或氮氣）經過加熱線圈，氣體被加熱後，通過孔板內的一系列孔口傳遞到產品上。
可用如下方程來描述熱能從氣流傳遞到電路板的過程，q = 傳遞到電路板上的熱能; a = 電路板和組件的對流熱傳遞係數; t = 電路板的加熱時間; A = 傳熱表面積 ; ΔT = 對流氣體和電路板之間的溫度差 我們將電路板相關參數移到公式的一側，並將迴流焊爐參數移到另一側，可得到如下公式： q = a | t | A | | T
雙軌迴流焊PCB已經相當普及，並在逐漸變得復那時起來，它得以如此普及，主要原因是它給設計者提供了極為良好的彈性空間，從而設計出更為小巧，緊湊的低成本的產品。到今天為止，雙軌迴流焊板一般都有通過迴流焊接上面（元件面），然後通過波峰焊來焊接下面（引腳面）。目前的一個趨勢傾向於雙軌迴流焊迴流焊，但是這個工藝製程仍存在一些問題。大板的底部元件可能會在第二次迴流焊過程中掉落，或者底部焊接點的部分熔融而造成焊點的可靠性問題。
2、迴流焊流程介紹
迴流焊加工的為表面貼裝的板，其流程比較複雜，可分為兩種：單面貼裝、雙面貼裝。
A，單面貼裝：預塗錫膏 → 貼片（分為手工貼裝和機器自動貼裝） → 迴流焊 → 檢查及電測試。
B，雙面貼裝：A面預塗錫膏 → 貼片（分為手工貼裝和機器自動貼裝） → 迴流焊 →B面預塗錫膏 →貼片（分為手工貼裝和機器自動貼裝）→ 迴流焊 → 檢查及電測試。
迴流焊的最簡單的流程是"絲印焊膏--貼片--迴流焊，其核心是絲印的準確，對貼片是由機器的PPM來定良率，迴流焊是要控制溫度上升和最高溫度及下降溫度曲線。
迴流焊工藝要求
迴流焊技術在電子製造領域並不陌生，我們電腦內使用的各種板卡上的元件都是通過這種工藝焊接到線路板上的。這種工藝的優勢是溫度易於控制，焊接過程中還能避免氧化，製造成本也更容易控制。這種設備的內部有一個加熱電路，將氮氣加熱到足夠高的溫度後吹向已經貼好元件的線路板，讓元件兩側的焊料融化後與主板粘結。
1、要設置合理的再流焊溫度曲線並定期做溫度曲線的實時測試。
2、要按照PCB設計時的焊接方向進行焊接。
3、焊接過程中嚴防傳送帶震動。
4、必須對首塊印製板的焊接效果進行檢查。
5、焊接是否充分、焊點表面是否光滑、焊點形狀是否呈半月狀、錫球和殘留物的情況、連焊和虛焊的情況。還要檢查PCB表面顏色變化等情況。並根據檢查結果調整溫度曲線。在整批生產過程中要定時檢查焊接質量。
影響工藝的因素：
1、通常PLCC、QFP與一個分立片狀元件相比熱容量要大，焊接大面積元件就比小元件更困難些。
2、在迴流焊爐中傳送帶在周而復使傳送產品進行迴流焊的同時，也成為一個散熱系統，此外在加熱部分的邊緣與中心散熱條件不同，邊緣一般溫度偏低，爐內除各溫區溫度要求不同外，同一載面的溫度也差異。
3、產品裝載量不同的影響。迴流焊的溫度曲線的調整要考慮在空載，負載及不同負載因子情況下能得到良好的重複性。負載因子定義為： LF=L/(L+S);其中L=組裝基板的長度，S=組裝基板的間隔。迴流焊工藝要得到重複性好的結果，負載因子愈大愈困難。通常回流焊爐的最大負載因子的範圍為0.5~0.9。這要根據產品情況（元件焊接密度、不同基板）和再流爐的不同型號來決定。要得到良好的焊接效果和重複性，實踐經驗很重要的。
迴流焊是SMT工藝的核心技術，PCB上所有的電子元器件通過整體加熱一次性焊接完成，電子廠SMT生產線的質量控制佔絕對分量的工作最後都是為了獲得優良的焊接質量。設定好溫度曲線，就管好了爐子，這是所有PE都知道的事。很多文獻與資料都提到迴流焊溫度曲線的設置。對於一款新產品、新爐子、新錫膏，如何快速設定迴流焊溫度曲線？這需要我們對溫度曲線的概念和錫膏焊接原理有基本的認識。
本文以最常用的無鉛錫膏Sn96.5Ag3.0Cu0.5錫銀銅合金為例，介紹理想的迴流焊溫度曲線設定方案和分析其原理。如圖一 ：
圖一 SAC305無鉛錫膏迴流焊溫度曲線圖
圖一所示為典型的SAC305合金無鉛錫膏迴流焊溫度曲線圖。圖中黃、橙、綠、紫、藍和黑6條曲線即為溫度曲線。構成曲線的每一個點代表了對應PCB上測溫點在過爐時相應時間測得的溫度。隨著時間連續的記錄即時溫度，把這些點連接起來，就得到了連續變化的曲線。也可以看做PCB上測試點的溫度在爐子內隨著時間變化的過程。
那麼，我們把這個曲線分成4個區域，就得到了PCB在通過迴流焊時某一個區域所經歷的時間。在這裡，我們還要闡明另一個概念“斜率①”。用PCB通過迴流焊某個區域的時間除以這個時間段內溫度變化的絕對值，所得到的值即為“斜率”。引入斜率的概念是為了表示PCB受熱後升溫的速率，它是溫度曲線中重要的工藝參數。圖中A、B、C、D四個區段，分別為定義為A：升溫區 ，B：預熱恆溫區（保溫區或活化區），C：迴流焊接區（焊接區或Reflow區），D：冷卻區。
繼續深入解析個區段的設置與意義：
一．升溫區A
PCB進入迴流焊鏈條或網帶，從室溫開始受熱到150℃的區域叫做升溫區。升溫區的時間設置在60-90秒，斜率控制在2-4之間。
此區域內PCB板上的元器件溫度相對較快的線性上升，錫膏中的低沸點溶劑開始部分揮發。若斜率太大，升溫速率過快，錫膏勢必由於低沸點溶劑的快速揮發或者水氣迅速沸騰而發生飛濺，從而在爐後發生“錫珠”缺陷。過大的斜率也會由於熱應力的原因造成例如陶瓷電容微裂、PCB板變形曲翹、BGA內部損壞等機械損傷。
升溫過快的另一個不良後果就是錫膏無法承受較大的熱衝擊而發生坍塌，這是造成“短路”的原因之一。長期對製造廠的服務跟蹤，很多廠商的SMT線該區域的斜率實際控制在1.5-2.5之間能得到滿意的效果。由於各個板載貼裝的元器件尺寸、質量不一，在升溫區結束時，大小元器件之間的溫度差異相對較大。
二．預熱恆溫區B
此區域在很多文獻和供應商資料中也稱為保溫區、活化區。
該區域PCB表面溫度由150℃平緩上升至200℃，時間窗口在60-120秒之間。PCB板上各個部分緩緩受到熱風加熱，溫度隨時間緩慢上升。斜率在0.3-0.8之間。
此時錫膏中的有機溶劑繼續揮發。活性物質被溫度激活開始發揮作用，清除焊盤表面、零件腳和錫粉合金粉末中的氧化物。恆溫區被設計成平緩升溫的目的是為了兼顧PCB上貼裝的大小不一的元器件能均勻升溫。讓不同尺寸和材料的元器件之間的溫度差逐漸減小，在錫膏熔融之前達到最小的溫差，為在下一個溫度分區內熔融焊接做好準備。這是防止“墓碑”缺陷的重要方法。眾多無鉛錫膏廠商的SAC305合金錫膏配方里活性劑的活化溫度大都在150-200℃之間，這也是本溫度曲線在這個溫度區間內預熱的原因之一。
需要注意的是：1、預熱時間過短。活性劑③與氧化物反應時間不夠，被焊物表面的氧化物未能有效清除。錫膏中的水氣未能完全緩慢蒸發、低沸點溶劑揮發量不足，這將導致焊接時溶劑猛烈沸騰而發生飛濺產生“錫珠”。潤溼不足，可能會產生浸潤不足的“少錫”“虛焊”、“空焊”、“漏銅”的不良。2、預熱時間過長。活性劑消耗過度，在下一個溫度區域焊接區熔融時沒有足夠的活性劑即時清除與隔離高溫產生的氧化物和助焊劑高溫碳化的殘留物。這種情況在爐後的也會表現出“虛焊”、“殘留物發黑”、“焊點灰暗”等不良現象。
三．迴流焊接區C
迴流區又叫焊接區或Refelow區。
SAC305合金的熔點在217℃-218℃之間④，所以本區域為＞217℃的時間，峰值溫度<245℃，時間30-70秒。形成優質焊點的溫度一般在焊料熔點之上15-30℃左右，所以迴流區最低峰值溫度應該設置在230℃以上。考慮到Sn96.5Ag3.0Cu0.5無鉛錫膏的熔點已經在217℃以上，為照顧到PCB和元器件不受高溫損壞，峰值溫度最高應控制在250℃以下，筆者所見大部分工廠實際峰值溫度最高在245℃以下。
預熱區結束後，PCB板上溫度以相對較快的速率上升到錫粉合金液相線，此時焊料開始熔融，繼續線性升溫到峰值溫度後保持一段時間後開始下降到固相線。
此時錫膏中的各種組分全面發揮作用：松香或樹脂軟化並在焊料周圍形成一層保護膜與氧氣隔絕。表面活性劑被激活用於降低焊料和被焊面之間的表面張力，增強液態焊料的潤溼力。活性劑繼續與氧化物反應，不斷清除高溫產生的氧化物與被碳化物並提供部分流動性，直到反應完全結束。部分添加劑在高溫下分解並揮發不留下殘留物。高沸點溶劑隨著時間不斷揮發，並在回焊結束時完全揮發。穩定劑均勻分佈於金屬中和焊點表面保護焊點不受氧化。焊料粉末從固態轉換為液態，並隨著焊劑潤溼擴展。少量不同的金屬發生化學反應生產金屬間化合物，如典型的錫銀銅合金會有Ag3Sn、Cu6Sn5生成。
回焊區是溫度曲線中最核心的區段。峰值溫度過低、時間過短，液態焊料沒有足夠的時間流動潤溼，造成“冷焊”、“虛焊”、“浸潤不良（漏銅）”、“焊點不光亮”和“殘留物多”等缺陷；峰值溫度過高或時間過長，造成“PCB板變形”、“元器件熱損壞”、“殘留物發黑”等等缺陷。它需要在峰值溫度、PCB板和元器件能承受的溫度上限與時間、形成最佳焊接效果的熔融時間之間尋求平衡，以期獲得理想的焊點。
四．冷卻區D
焊點溫度從液相線開始向下降低的區段稱為冷卻區。通常SAC305合金錫膏的冷卻區一般認為是217℃-170℃之間的時間段（也有的文獻提出最低到150℃）。
由於液態焊料降溫到液相線以下後就形成固態焊點，形成焊點後的質量短期內肉眼無法判斷，所以很多工廠往往不是很重視冷卻區的設定。然而焊點的冷卻速率關乎焊點的長期可靠性，不能不認真對待。
冷卻區的管控要點主要是冷卻速率。經過很多焊錫實驗室研究得出的結論：快速降溫有利於得到穩定可靠的焊點。
通常人們的直覺認為應該緩慢降溫，以抵消各元器件和焊點的熱衝擊。然而，迴流焊錫膏釺焊慢速冷卻會形成更多粗大的晶粒，在焊點界面層和內部生較大Ag3Sn、Cu6Sn5等金屬間化合物顆粒。降低焊點機械強度和熱循環壽命，並且有可能造成焊點灰暗光澤度低甚至無光澤。
快速的冷卻能形成平滑均勻而薄的金屬間化物，形成細小富錫枝狀晶和錫基體中彌散的細小晶粒，使焊點力學性能和可靠性得到明顯的提升與改善。
生產應用中，並不是冷卻速率越大越好。要結合迴流焊設備的冷卻能力、板子、元器件和焊點能承受的熱衝擊來考量。應該在保證焊點質量時不損害板子和元器件之間尋求平衡。最小冷卻速率應該在2.5℃以上，最佳冷卻速率在3℃以上。考慮到元器件和PCB能承受的熱衝擊，最大冷卻速率應該控制在6-10℃。工廠在選擇設備時，最好選擇帶水冷功能的迴流焊而獲得較強的冷卻能力儲備。
3、迴流焊技術有那些優勢？
1）再流焊技術進行焊接時，不需要將印刷電路板浸入熔融的焊料中，而是採用局部加熱的方式完成焊接任務的；因而被焊接的元器件受到熱衝擊小，不會因過熱造成元器件的損壞。
2）由於在焊接技術僅需要在焊接部位施放焊料，並局部加熱完成焊接，因而避免了橋接等焊接缺陷。
3）再流焊技術中，焊料只是一次性使用，不存在再次利用的情況，因而焊料很純淨，沒有雜質，保證了焊點的質量。
4、迴流焊的注意事項
1.橋聯
迴流焊焊接加熱過程中也會產生焊料塌邊，這個情況出現在預熱和主加熱兩種場合，當預熱溫度在幾十至一百度範圍內，作為焊料中成分之一的溶劑即會降低粘度而流出，如果其流出的趨勢是十分強烈的，會同時將焊料顆粒擠出焊區外的含金顆粒，在熔融時如不能返回到焊區內，也會形成滯留的焊料球。 除上面的因素外，SMD元件端電極是否平整良好，電路線路板佈線設計與焊區間距是否規範，阻焊劑塗敷方法的選擇和其塗敷精度等都會是造成橋聯的原因。
2.立碑元件浮高(曼哈頓現象)
片式元件在遭受迴流焊急速加熱情況下發生的翹立，這是因為急熱使元件兩端存在溫差，電極端一邊的焊料完全熔融後獲得良好的溼潤，而另一邊的焊料未完全熔融而引起溼潤不良，這樣促進了元件的翹立。因此，迴流焊加熱時要從時間要素的角度考慮，使水平方向的加熱形成均衡的溫度分佈，避免迴流焊急熱的產生。
防止元件翹立的主要因素有以下幾點：
①選擇粘接力強的焊料，焊料的印刷精度和元件的貼裝精度也需提高；
②元件的外部電極需要有良好的溼潤性和溼潤穩定性。推薦：溫度40℃以下，溼度70％RH以下，進廠元件的使用期不可超過6個月；
③採用小的焊區寬度尺寸，以減少焊料熔融時對元件端部產生的表面張力。另外可適當減小焊料的印刷厚度，如選用100μm；
④焊接溫度管理條件設定也是元件翹立的一個因素。通常的目標是加熱要均勻，特別在元件兩連接端的焊接圓角形成之前，均衡加熱不可出現波動。
3.潤溼不良
潤溼不良是指回流焊焊接過程中焊料和電路基板的焊區(銅箔)或SMD的外部電極，經浸潤後不生成相互間的反應層，而造成漏焊或少焊故障。其中原因大多是焊區表面受到汙染或沾上阻焊劑，或是被接合物表面生成金屬化合物層而引起的。譬如銀的表面有硫化物、錫的表面有氧化物都會產生潤溼不良。另外焊料中殘留的鋁、鋅、鎘等超過0．005％以上時，由於焊劑的吸溼作用使活化程度降低，也可發生潤溼不良。因此在焊接基板表面和元件表面要做好防汙措施。選擇合適的焊料，並設定迴流焊合理的焊接溫度曲線。
無鉛焊接的五個步驟：
1、選擇適當的材料和方法
在無鉛焊接工藝中，焊接材料的選擇是最具挑戰性的。因為對於無鉛焊接工藝來說，無鉛焊料、焊膏、助焊劑等材料的選擇是最關鍵的，也是最困難的。在選擇這些材料時還要考慮到焊接元件的類型、線路板的類型，以及它們的表面塗敷狀況。選擇的這些材料應該是在自己的研究中證明了的，或是權威機構或文獻推薦的，或是已有使用的經驗。把這些材料列成表以備在工藝試驗中進行試驗，以對它們進行深入的研究，瞭解其對工藝的各方面的影響。
對於焊接方法，要根據自己的實際情況進行選擇，如元件類型：表面安裝元件、通孔插裝元件；線路板的情況；板上元件的多少及分佈情況等。對於表面安裝元件的焊接，需採用迴流焊的方法；對於通孔迴流焊插裝元件，可根據情況選擇波峰焊、浸焊或噴焊法來進行焊接。波峰焊更適合於整塊板(大型)上通孔插裝元件的焊接；浸焊更適合於整塊板(小型)上或板上局部區域通孔插裝元件的迴流焊焊接；局噴焊劑更適合於板上個別元件或少量通孔插裝元件的迴流焊焊接。另外，還要注意的是，無鉛迴流焊焊接的整個過程比含鉛焊料的要長，而且所需的焊接溫度要高，這是由於無鉛焊料的熔點比含鉛焊料的高，而它的浸潤性又要差一些的緣故。 在焊接方法選擇好後，其焊接工藝的類型就確定了。這時就要根據焊接工藝要求選擇設備及相關的工藝控制和工藝檢查儀器，或進行升級。焊接設備及相關儀器的選擇跟焊接材料的選擇一樣，也是相當關鍵的。
2、確定工藝路線和工藝條件
在第一步完成後，就可以對所選的焊接材料進行焊接工藝試驗。通過試驗確定工藝路線和工藝條件。在試驗中，需要對列表選出的焊接材料進行充分的試驗，以瞭解其特性及對工藝的影響。這一步的目的是開發出無鉛焊接的樣品。
3、開發健全焊接工藝
這一步是第二步的繼續。它是對第二步在工藝試驗中收集到的試驗數據進行分析，進而改進材料、設備或改變工藝，以便獲得在實驗室條件下的健全工藝。在這一步還要弄清無鉛合金焊接工藝可能產生的沾染知道如何預防、測定各種焊接特性的工序能力(CPK)值，以及與原有的錫／鉛工藝進行比較。通過這些研究，就可開發出焊接工藝的檢查和測試程序，同時也可找出一些工藝失控的處理方法。
4、還需要對焊接樣品進行可靠性試驗，以鑑定產品的質量是否達到要求。如果達不到要求，需找出原因並進行解決，直到達到要求為止。一旦焊接產品的可靠性達到要求，無鉛焊接工藝的開發就獲得成功，這個工藝就為規模生產做好了準準備就緒後的操作一切準備就緒，現在就可以從樣品生產轉變到工業化生產。在這時，仍需要對工藝進行以維持工藝處於受控狀態。
5、控制和改進工藝
無鉛焊接工藝是一個動態變化的舞臺。工廠必須警惕可能出現的各種問題以避免出現工藝失控，同時也還需要不斷地改進工藝，以使產品的質量和合格晶率不斷得到提高。對於任何無鉛焊接工藝來說，改進焊接材料，以及更新設備都可改進產品的焊接性能。
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