在电子制造领域,回流焊是将表面贴装元器件焊接到印刷电路板(PCB)上的关键工艺,其原理是利用外部热源使焊料熔化并润湿焊接表面,待冷却凝固后形成可靠的电气连接和机械连接。在这个过程中,很多生产场景会引入真空或氮气环境,这并非多余之举,而是基于焊接质量、产品可靠性等多方面的考量。
(一)防止氧化
在常规的空气环境中进行回流焊,氧气是导致焊接质量下降的 “头号大敌”。当焊料(如锡铅合金、无铅焊料)在高温下熔化时,其表面的金属原子非常活跃,极易与空气中的氧气发生化学反应,形成氧化膜。以锡为例,高温下锡会迅速与氧气反应生成氧化锡(SnO₂),这种氧化膜会阻碍焊料与焊接表面(如 PCB 焊盘、元器件引脚)之间的润湿和扩散,导致焊接不充分、虚焊、焊点表面粗糙等问题。即使少量的氧化物,也可能使焊点的导电性和机械强度大幅降低,严重影响电子产品的性能和使用寿命。
而氮气是一种化学性质相对稳定的惰性气体,将回流焊炉内填充氮气,可有效降低氧气含量。当炉内氧气浓度降低到一定程度(通常控制在 100 - 1000ppm)时,焊料表面的氧化速度会显著减缓,甚至几乎可以忽略不计,从而保证焊料能够充分润湿焊接表面,形成光滑、饱满且可靠的焊点。
真空环境则更进一步,通过抽除炉内的空气,几乎完全消除了氧气的存在,从根本上杜绝了氧化现象的发生。在真空条件下,焊料能够以最纯净的状态与焊接表面接触,实现最佳的焊接效果,特别适用于对焊接质量要求极高的精密电子器件焊接。
(二)提升焊接质量
真空或氮气环境不仅能防止氧化,还能对焊接过程中的其他物理化学变化产生积极影响,从而提升整体焊接质量。在真空环境中,由于没有空气的干扰,焊接过程中产生的助焊剂挥发物和焊料中的杂质气体能够迅速排出,避免这些物质残留在焊点中形成气孔、空洞等缺陷。同时,真空状态下焊料的表面张力和流动性会发生变化,使其更容易填充到微小的焊接间隙中,对于一些引脚间距极小、结构复杂的元器件(如 BGA、CSP 封装器件),真空回流焊能够显著提高焊接的成功率和可靠性。
氮气环境虽然不能完全消除气体的存在,但它能够改善焊料的润湿性能。在氮气氛围中,焊料的表面张力降低,流动性增强,这使得焊料能够更好地在焊接表面铺展,形成均匀、致密的焊点。此外,氮气还能减少助焊剂的消耗,因为在低氧环境下,助焊剂不需要消耗大量成分来去除氧化物,从而降低生产成本,同时减少助焊剂残留对电路板的腐蚀风险。
(三)满足特殊工艺需求
随着电子技术的不断发展,越来越多的新型电子器件和材料被应用到产品中,这些器件和材料对焊接工艺提出了更高的要求。例如,一些高可靠性电子产品(如航空航天、军事装备中的电子模块),其使用环境复杂恶劣,对焊点的稳定性和可靠性要求近乎苛刻,普通空气环境下的回流焊工艺难以满足要求,而真空或氮气回流焊能够提供更可靠的焊接质量,确保产品在极端条件下也能正常工作。
另外,对于一些新型的无铅焊料,其焊接性能相对传统含铅焊料较差,对焊接环境更为敏感。在氮气或真空环境中进行回流焊,可以有效改善无铅焊料的焊接性能,弥补其在空气环境下焊接的不足,满足环保和高性能焊接的双重需求。
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