工艺工程/ 装配工艺方法进阶更新 2026-10-12
回流焊工艺（Reflow）
回流焊是用加热炉把锡膏熔成焊点的工序；设备、锡膏、气氛、链速、载具五要素决定焊点质量，温度曲线是它的“指纹”。
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是什么
回流焊（Reflow Soldering）是 SMT 主板工序：把印好锡膏、贴好元件的 PCB 送进回流炉，让锡膏在受控温度下熔融、润湿、冷却，形成焊点。它管的是**「熔得对不对、润得好不好」**——温度不够就虚焊/冷焊，温度过高或时间过长就伤元件、长厚金属间化合物使焊点变脆。
本篇讲设备与环境（炉子构成、锡膏、氮气、链速、载具）；与焊接质量直接相关的温度-时间曲线见独立条目「炉温曲线 Reflow Profile」，两篇配合看。
设备与工装
回流炉的构成（以主流气/氮两用炉为例）：
| 模块 | 作用 | 关键点 |
|---|---|---|
| 加热区（Zone） | 分区控温，形成预热/恒温/回流 | 上下独立加热、模块化，区数越多越灵活 |
| 冷却区 | 冷却定形，控晶粒与应力 | 气冷/水冷，冷却能力决定斜率 |
| 传输系统 | 链条/网带把板送过炉 | 平行度、震动、单/双/多轨、中央支撑 |
| 助焊剂回收 | 收集挥发助焊剂，防污染与堵塞 | 风冷/水冷/Pyrolysis 沸石分解 |
| 控制系统 | 温控、链速、数据记录、配方 | 逆变器控风、曲线存储与切换 |
常见机型量级（HELLER MK7 系列，2020s 主流 8–17 温区）：
| 型号 | 总长 | 加热长 | 加热区(上下) | 冷却区 |
|---|---|---|---|---|
| 1707 | 2.0 m | 1.79 m | 5 | 1 |
| 1809 / 1826 | 3.61 m | 1.90 m | 8–9 | 1 |
| 1913 / 1936 | 5.89 m | 3.57 m | 10–13 | 3 |
| 2043 | 7.44 m | 4.90 m | 15 | 4 |
| 2156 | 8.69 m | 5.60 m | 17 | 5 |
选型看：板尺寸/吞吐节拍、温区数（越复杂产品越要多区）、是否氮气、冷却能力、助焊剂回收方式。
助焊剂回收是长期维护的重头：风冷（G7）靠冷却换热面收集；水冷 WaterBox 用冷冻板（15–18 ℃ 冷水）；进阶用 Pyrolysis Reactor 把废气加热到约 500 ℃ 分解助焊剂长链分子，再用 13X 沸石吸附过滤——回收好，炉膛干净、PM 少、停机少。
工装：
- 载具（Carrier）：支撑薄板/异形板/拼板，防翘曲、控热容。载具的材质与厚度直接改变板的升温行为，是「一套曲线跑不了所有产品」的主因。
- 测温板（Profiling Board）：贴热电偶的实板，用于测炉温曲线（详见「炉温曲线」条目）。
- 中心支撑：长板防中央塌陷/震动。
关键工艺要素
1. 锡膏（Solder Paste）——焊料合金 + 助焊剂 + 金属粉
| 维度 | 常见选项 | 说明 |
|---|---|---|
| 合金（无铅） | SAC305、SAC105、低银（Low-Ag） | SAC305 熔点约 217 ℃，最通用 |
| 合金（有铅） | Sn63Pb37 | 熔点约 183 ℃，可用性受限 |
| 粉末粒径 | Type 3 / 4 / 5 | 细粉适合细间距；细粉更易氧化 |
| 助焊剂 | 免清洗 / 水洗 / 松香 | 决定残留与清洗需求 |
| 管理 | 回温、搅拌、开封有效期、黏度 | 未回温就开罐易结露，导致飞珠/锡球 |
低银化焊料（如 SAC105）在成本与可靠性间折中，微形焊点与通孔回流（THR）常做专项验证。
2. 氮气（N₂）气氛
- 氮气降低氧含量，减少焊料氧化、改善润湿，降低虚焊与锡珠，尤其利于无铅（润湿性差）。
- 关键指标是氧含量（ppm）：普通空气炉约 21%（210000 ppm）；氮气炉常控 1000–3000 ppm，高要求可达 < 500–1000 ppm。
- 代价是耗氮成本；是否上氮气要看产品可靠性、焊点微型化程度与外观要求。
- 氮气开停、氧含量监控、待机系统是氮气炉的必配功能。
3. 链速（Conveyor Speed）与温度设定
- 链速决定板在每个温区停留的时间，从而与温区温度共同决定曲线的斜率和 TAL。
- 链速范围常见 0.5–1.5 m/min；调链速改停留时间，调温区温度改加热强度。
- 采用载具/大拼板时需重测曲线，不能沿用裸板参数。
4. 与炉温曲线的接口（简要，详见该条目）
- 四温区：预热 → 恒温 → 回流 → 冷却。
- 无铅 SAC305 典型窗口：峰值 235–245 ℃、TAL(>217 ℃) 45–90 s、预热斜率 1–3 ℃/s、冷却 ≤ −4 ℃/s、板面 ΔT 尽量 < 10 ℃。
- 优质炉子的价值就在低 ΔT：MK7 在带载与空载下 ΔT 可 < 2 ℃，配合快速热补偿，让不同位置一致性更好。
5. 空洞与真空回流
- 底部填充/BGA/功率焊点对**空洞（Void）**敏感；真空回流炉在回流区抽真空，可显著降空洞（宣传可达 99% 缩减）。
- 甲酸（HCOOH）回流属于无助焊剂路线，用于 wafer 植球、C4 Flip Chip，省去 flux 清洗。
质量要点与常见不良
| 不良 | 现象 | 根因 | 对策 |
|---|---|---|---|
| 虚焊/冷焊 | 焊点未熔透、发暗 | 峰值/ TAL 不足、润湿差、氧化 | 提峰值、延长 TAL、上氮气、换活性好的锡膏 |
| 立碑（Tombstone） | 片式元件一端翘起 | 两端升温不均、焊盘受热差、载具遮蔽 | 均温、优化焊盘/钢网、调曲线 |
| 锡珠 | 元件旁散落锡珠 | 锡膏含水（未回温）、飞溅、润湿不良 | 规范回温/搅拌、控炉温斜率、上氮气 |
| 桥连 | 相邻焊点被锡连起来 | 锡膏过量、塌落、峰值过高 | 减锡量、优化钢网、调曲线 |
| 爆米花（Popcorn） | 塑封器件开裂/内部离层 | 湿敏元件未去湿，回流时水汽膨胀 | 按 J-STD-033 烘烤去湿、控车间湿度 |
| 焊点脆/IMC 过厚 | 焊点易裂 | TAL 过长、峰值过高、金属间化合物过厚 | 缩短 TAL、降峰值 |
| 板面污染/助焊剂残留 | 发黏、绝缘下降 | 助焊剂回收差、清洗缺失、炉膛脏 | 维护回收系统、按需水洗、定期清炉 |
| ΔT 过大 | 板边/器件温度差大 | 载具遮蔽、炉温不均、风路差 | 优化载具、选低 ΔT 炉、分区补偿 |
校验与验收
- 设备验收/资质：回流炉按公司清单做 buyoff 与资质（如 25-ME30-GEN-220-06 Reflow Oven）；新机、搬迁、大修、满 3 年需再确认。
- 炉温曲线：实板测温，覆盖热点与冷点，先中心板后边角；曲线固化进 SOP 与设备参数表（细节见「炉温曲线」条目）。
- 日常监控：温区温度、链速、氧含量（氮气炉）连续记录；报警与数据留痕。
- 首件与定期复测：换线/换料/换载具后测首件；定期复测防设备漂移。
- 焊接质量：AOI + X-Ray（BGA/隐蔽焊点），必要时切片/染色渗透查空洞与 IMC。
保养要点
- 定期清理炉膛与助焊剂回收系统（风冷/水冷换热面、沸石/催化剂），防堵塞与污染板面。
- 检查传输链条平行度、震动、润滑；温区加热器/风轮寿命。
- 校准热电偶与温控系统；氮气炉检查管路泄漏与氧含量探头。
- 记录 PM 与故障，纳入设备停机与一次合格率数据分析。
关联标准与文件
- IPC/JEDEC：J-STD-001（焊接要求）、J-STD-020/033（潮湿敏感与烘烤）、IPC-A-610（可接受性）、IPC-9850（贴装）
- 设备验收：25-ME30-GEN-220（ME/IE 设备验收）、Reflow Oven 资质清单 25-ME30-GEN-220-06
- 设备资料：HELLER MK7 系列手册、Heller 1505 MK5 规格（温区/冷却/氮气选项）
- 相关条目：炉温曲线 Reflow Profile（本篇之"指纹"）、SMT 印刷→贴片→回流全流程要点、固化炉与烘烤（MSL 去湿）