回流焊接工藝對(duì)于表面貼裝器件 (SMD) 組件很常見。如果只有少量零件，例如原型制作或小批量生產(chǎn)通常需要的零件，那么完整的對(duì)流系統(tǒng)并不能真正獲得經(jīng)濟(jì)回報(bào)。全對(duì)流焊接是一種溫和的工藝，具有很高的可重復(fù)性，這就是為什么它是業(yè)內(nèi)最常用的工藝之一。同樣，在為原型制作所需的少量焊接系統(tǒng)選擇焊接系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)牢記高質(zhì)量。熱風(fēng)焊接等程序值得考慮，并且在返工應(yīng)用中是一個(gè)好主意，因?yàn)榭梢赃x擇性地加熱 SMD 焊盤。但總的來(lái)說(shuō)，它不是一種精密的焊接工藝，也不一定適用于一些對(duì)溫度敏感的元件。

在本文中，將重點(diǎn)介紹另一種使用氣相焊接的回流焊接工藝。它是電子產(chǎn)品生產(chǎn)中最溫和的工藝之一，并且比熱風(fēng)焊接等其他工藝更精確。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與全對(duì)流系統(tǒng)相比，即使是工業(yè)在線氣相焊接系統(tǒng)也具有更小的能量和空間需求。

與焊接工藝相關(guān)的原型設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是什么

已經(jīng)在原理圖和布局設(shè)計(jì)中，問(wèn)題出現(xiàn)了如何將組件與電路板接觸。當(dāng)涉及原型制作或定制電路板時(shí)，在焊接過(guò)程的質(zhì)量方面需要滿足很高的期望。重要的是要保證焊接環(huán)境中的溫度均勻并可靠地符合溫度曲線。

可靠的電路板是原型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因?yàn)樗鼘⒃谠S多方面受到挑戰(zhàn)。通常會(huì)焊接電路板以檢查原理圖和布局設(shè)計(jì)。焊接過(guò)程中的不準(zhǔn)確可能會(huì)導(dǎo)致故障排除和調(diào)試出現(xiàn)一些不必要的延遲。說(shuō)到延遲，當(dāng)然要盡量減少后期處理所花費(fèi)的時(shí)間。

常見問(wèn)題是墓碑效應(yīng)或焊錫芯吸。通過(guò)使用遵循一定溫度曲線的溫和焊接工藝或調(diào)整使用的焊膏量，可以減少它們的發(fā)生。但是，如果這些影響發(fā)生，則需要花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)糾正它們。此外，在板上進(jìn)行了許多（基準(zhǔn)）測(cè)試。這可能是關(guān)于功率的測(cè)試，或者對(duì)溫度或振動(dòng)的反應(yīng)。當(dāng)然，如果電路板展示給客戶，美觀的外觀也是可取的。

氣相焊接工藝是如何進(jìn)行的？

系統(tǒng)內(nèi)部有一種液體介質(zhì)，稱為 Galden。這種介質(zhì)在一定溫度下沸騰。Galden LS230 的沸點(diǎn)正好為 230°C (446°F)，這限制了過(guò)程中可以達(dá)到的最高溫度。當(dāng) Galden 沸騰時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比空氣重的蒸汽。然后電路板暴露在這種蒸汽中。介質(zhì)在組件表面凝結(jié)。蒸汽取代了幾乎所有的氧氣，這可以防止氧化。當(dāng) Galden 冷凝時(shí)，它將熱能均勻地傳遞到組件中。這會(huì)加熱 PCB、組件和應(yīng)用在它們之間的焊膏。一旦 PCB 達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟?，焊膏就?huì)熔化，這取決于所使用的焊膏。通常，這發(fā)生在 180°C (356°F) 左右。當(dāng)溫度降低時(shí)，工藝室中仍有大量蒸汽。重要的是要保持系統(tǒng)關(guān)閉，直到蒸汽冷凝并且 Galden 再次變成液體。強(qiáng)大的冷卻系統(tǒng)是減少幾個(gè)焊接周期之間等待時(shí)間的關(guān)鍵。一旦溫度顯著下降，焊料就會(huì)凝固。

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圖 1：在氣相焊接中使用 Galden 的典型溫度曲線。（來(lái)源：PCB藝術(shù)）

為了獲得好的結(jié)果，了解什么是重要的？

良好的焊接工藝必須保證焊接環(huán)境中的溫度均勻，并可靠地符合溫度曲線。在汽相焊機(jī)進(jìn)行焊接之前，工程師必須為工藝設(shè)置這樣的配置文件。該曲線決定了焊接過(guò)程中應(yīng)該在什么時(shí)間達(dá)到哪個(gè)溫度。調(diào)整此配置文件至關(guān)重要，因?yàn)檩^高的熱質(zhì)量需要較長(zhǎng)時(shí)間的高溫以確保它們完全焊接。一般來(lái)說(shuō)，氣相焊接在所有提到的程序中具有最高的傳熱系數(shù)，如果焊接具有高熱質(zhì)量的 PCB，這一點(diǎn)至關(guān)重要。此外，諸如 LED 之類的某些組件對(duì)溫度非常敏感，需要良好控制的焊接工藝，而氣相焊接系統(tǒng)可以提供這種工藝。

哪些氣相焊接系統(tǒng)適用于原型制作？

在原型制作領(lǐng)域，有幾種氣相焊接系統(tǒng)可供使用。它們?cè)谥С指邉?dòng)態(tài)溫度曲線或保護(hù)高價(jià)介質(zhì) Galden 方面有所不同。有些使用空氣冷卻，有些使用開放或封閉的水冷回路。冷卻元件的性能也決定了可以應(yīng)用的溫度曲線的動(dòng)態(tài)。這也可以通過(guò)控制 PCB 和沸騰 Galden 之間距離的自動(dòng)升降機(jī)來(lái)支持。在焊接過(guò)程中，升降機(jī)可以增加沸騰的 Galden 和 PCB 之間的距離，從而降低用于焊接 PCB 的溫度。

先進(jìn)的氣相焊接系統(tǒng)，如PCB Arts 的 Vapor Phase One支持動(dòng)態(tài)和快速上升的溫度曲線。此外，該系統(tǒng)包括防冷凝模式。通過(guò)在完成焊接過(guò)程后將 PCB 的溫度保持在 120°C，可以最大限度地減少 PCB 上的 Galden 冷凝。除了允許將電路板取出干燥外，Galden 的消耗也被降至最低。

PCB Arts 總部位于德國(guó)，通過(guò)提供開放式硬件和開放式軟件產(chǎn)品，開放焊接系統(tǒng)的內(nèi)部工作原理，采用新的創(chuàng)新方法。工程師不僅可以更深入地了解他們想要購(gòu)買的產(chǎn)品。它還使修復(fù)和修復(fù)錯(cuò)誤變得更加容易。即使不咨詢客戶服務(wù)或昂貴的維修服務(wù)，一些發(fā)生的錯(cuò)誤也可能得到修復(fù)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以單獨(dú)調(diào)整的溫度曲線。焊接系統(tǒng)隨附三種預(yù)制型材。但如果 PCB 需要一種特殊的溫度過(guò)程，工程師可以輕松設(shè)置這些溫度曲線。

結(jié)論

在可用于原型制作和小批量生產(chǎn)的焊接程序中，氣相焊接提供了一種精確且溫和的焊接工藝，以保護(hù)敏感、高成本的組件。通過(guò)將這種方法與開源解決方案結(jié)合使用，工程師可以更深入地了解流程并更輕松地使系統(tǒng)適應(yīng)他們的個(gè)人需求。

審核編輯：湯梓紅