做PCB设计的,画完原理图、拉完走线,是不是就觉得大功告成了?别急着庆祝。你把Gerber丢给板厂,板子做出来之后还得过贴片厂那一关。贴片厂问你:"这板子是先回流还是先波峰?"你要是一脸懵,那这板子大概率要返工。波峰焊和回流焊,是PCB批量生产绕不开的两种焊接方式。搞不清它俩的区别和工艺顺序,你的设计再漂亮也可能焊不出来。今天咱们就掰开了、揉碎了,把这俩工艺讲清楚。
一、波峰焊:插件器件的"老搭档"
波峰焊这个名字很形象。熔化的焊锡被电泵或者电磁泵喷起来,形成一道稳定的"焊锡波峰"。电路板被传送带带着,从波峰上匀速掠过,插件器件的引脚穿过板子背面,直接接触到高温焊锡,瞬间完成焊接。
早期的波峰焊用的是锡铅合金,铅含量高,焊接性好,成本低。但铅是重金属,对人体和环境都有害,现在环保要求越来越严,无铅工艺成了主流。无铅波峰焊用的是锡银铜合金,配上专用助焊剂,焊接时需要更高的预热温度,对设备和工艺控制的要求也更高。
波峰焊服务的对象很明确——插件器件(DIP)。像电解电容、继电器、排针、连接器这些,引脚要穿过板子上的孔,从背面伸出来,波峰焊就是专门焊这些引脚的。
二、回流焊:贴片器件的"标配"
回流焊跟波峰焊完全是两码事。它不需要把板子怼到熔融焊锡里,而是靠热风吹。
具体怎么操作?先在板子的贴片焊盘上刷一层锡膏,然后用贴片机把元器件精准摆上去,最后送进回流炉。炉子里有加热电路,把空气或者氮气加热到足够高的温度,热风对着板子吹,锡膏受热熔化,把器件焊盘和引脚牢牢粘在一起,然后冷却凝固,焊点成型。
回流焊的优势很明显:温度可以精确控制,整个焊接过程还能充氮气保护,防止氧化,焊点质量稳定,制造成本也好控制。现在电脑主板、手机板卡上的元器件,绝大多数都是靠回流焊焊上去的。
回流焊的兴起跟片状元件(SMC)和贴片器件(SMD)的普及直接相关。以前只有混合集成电路里用用,现在几乎所有电子产品都离不开它,从电阻电容到BGA芯片,统统走回流焊。
三、工艺顺序:为什么必须先回流、后波峰?
这个问题很多新手搞不明白。其实逻辑很简单:板子上的元器件,组装顺序是先小后大。
贴片元件(SMD)体积小、引脚短,直接贴在板子表面,占用的空间少。插件元件(DIP)体积大、引脚长,要穿过板子上的孔,从背面伸出来,占用的空间和高度都大。
如果你先走波峰焊,插件器件先插好了,板子背面全是伸出来的长引脚,贴片机还怎么往板子表面贴小器件?贴片头会撞到插件引脚,根本没法作业。所以顺序必须是:先回流焊把贴片件焊好,再波峰焊把插件件焊好。
另外,回流焊的温度曲线和波峰焊完全不同。回流焊是整体加热,波峰焊是局部接触高温焊锡。如果顺序反过来,先波峰焊过的插件器件再进回流炉,高温热风可能把已经焊好的插件焊点重新熔化,或者把不耐高温的插件器件烤坏。这个顺序是死的,不能乱。
四、回流焊工艺流程:从刷膏到出炉
回流焊加工的是表面贴装板,流程根据单面还是双面贴装有所不同。
单面贴装流程:
预涂锡膏 → 贴片(可以手工贴,也可以贴片机自动贴) → 回流焊 → 检查及电测试
双面贴装流程:
A面预涂锡膏 → A面贴片 → A面回流焊 → B面预涂锡膏 → B面贴片 → B面回流焊 → 检查及电测试
这里有个细节要注意:双面都有器件时,先焊的那一面在第二次过炉时是朝下的。所以第一面尽量放轻的小器件,第二面再放重的、大的器件,防止二次过炉时器件脱落。Layout的时候就得把这个因素考虑进去,不能随心所欲地摆。
五、波峰焊工艺流程:插件器件的"过峰"之路
波峰焊的流程相对简单,但每个环节都不能马虎:
第一步,插件。把元器件插到板子对应的孔位上,引脚从背面穿出。
第二步,预涂助焊剂。用喷雾或者发泡的方式,在板子焊接面均匀喷一层助焊剂,去除氧化层,帮助焊锡润湿。
第三步,预烘。板子进入预热区,温度控制在90℃到100℃左右,走板长度大概1到1.2米。预热的作用是减少热冲击,让板子和器件慢慢升温,防止突然接触高温焊锡导致变形或损坏。
第四步,波峰焊。板子进入波峰区,温度在200℃到240℃之间(无铅工艺会更高一些),焊锡波峰把引脚和焊盘焊在一起。
第五步,切除多余引脚。插件引脚穿出板子的部分需要剪短,一般留1到2毫米就够了。
第六步,检查。目检或者AOI检查焊点质量,确认没有虚焊、连锡、锡尖等问题。
六、一张表看懂波峰焊和回流焊的区别
最后给大家总结个直观的对比,看完心里就有数了:
焊接对象:波峰焊焊插件器件(DIP),回流焊焊贴片器件(SMD)。
焊接原理:波峰焊是板子接触熔融焊锡波峰,属于接触式焊接;回流焊是锡膏受热熔化回流,属于热熔式焊接。
热源方式:波峰焊靠液态焊锡的接触传热;回流焊靠热风气流整体加热。
工艺顺序:混装板必须先回流焊、后波峰焊,顺序不能颠倒。
温度控制:波峰焊看波峰温度和传送速度;回流焊看温度曲线(预热、恒温、回流、冷却)。
环保要求:波峰焊有无铅和有铅之分,无铅用锡银铜合金;回流焊同样可以走无铅工艺,充氮气保护。
写在最后
波峰焊和回流焊,一个管插件,一个管贴片,一个接触式,一个热熔式,一个先回流后波峰。这三条搞懂了,你跟贴片厂沟通的时候就不会露怯,Layout的时候也能提前考虑工艺可行性。
很多设计师只关心原理图和走线,觉得焊接是后端的事。但你要知道,板子画得再漂亮,焊不出来就是一堆废铜烂铁。了解波峰焊和回流焊的基本原理和流程,是PCB设计师的基本功。这个基本功不扎实,建议你画板子的时候多跟板厂和贴片厂聊聊,别闭门造车。
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