SMT双面贴片治具防止二次回流时底部元件脱落

最新推荐文章于 2025-11-05 21:35:18 发布

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#smt贴片治具 #波峰焊治具

一、问题根源：为什么底部元件会脱落？

在第二次回流时，电路板的B面（Bottom Side） 需要经过整个回流焊高温曲线。这意味着：

焊料重新熔化：B面元件原本凝固的焊点会再次达到液相线以上，变成熔融状态。
重力作用：特别是较重的元件（如电解电容、连接器、电感），熔融的焊料无法提供足够的附着力，元件会在重力作用下脱落。
润湿力变化：熔融焊料的表面张力会发生改变，如果元件两端润湿不平衡，也可能导致元件移位。
助焊剂挥发：助焊剂再次活化挥发，可能产生微小的气体推力。

二、核心解决方案：治具设计与应用

治具（回流焊载具）是解决此问题的最主要手段，其核心功能是物理承托和固定底部元件。

1. 治具设计关键点：

型腔设计 (Cavity Design) - 最常用且有效的方法
- 原理：在治具上为每一个需要保护的B面元件雕刻一个精准的型腔（凹坑）。当PCB放入治具后，元件恰好陷入这个型腔内，治具的腔壁会从四周托住元件的本体，防止其掉落。
- 设计要点：
  - 腔体尺寸：型腔的长、宽要比元件本体大0.1-0.2mm（单边0.05-0.1mm），保证元件能轻松放入且有一定间隙允许热膨胀，但不能大到让元件有移动或倾覆的空间。
  - 腔体深度：深度是最关键参数。理想的深度是 元件本体高度 - 焊点高度（约0.1mm）。这样既能保证治具托住元件主体，又不会压到焊点或影响顶面（A面）元件的贴装和焊接。
  - 避让空间：为周围的较高元件、测试点或线路预留出足够的空间，防止干涉。
支撑柱设计 (Support Pillars)
- 原理：在PCB空白区域设置支撑柱，确保整个PCB板面被治具均匀支撑，防止因PCB受热下垂而碰到治具型腔底部或引发新的问题。
- 设计要点：支撑柱高度必须精确一致，通常比PCB板低0.1mm左右，确保压紧后PCB不会变形。
材料选择 (Material Selection)
- 合成石 (Composite Stone)：是首选材料。具有极低的导热系数，能有效减少底部元件经历的二次加热，降低焊料完全熔化的风险。同时具备高强度、耐高温（>250°C）、防静电和低热膨胀系数等优点。
- 铝合金 (Aluminum Alloy)：导热性好，强度高。但正因为导热性好，可能会使底部温度曲线发生变化，需要工艺调整。通常需要做表面处理（如特氟龙涂层）以防锡膏粘连。
真空盖板设计 (Vacuum Cover/Lid) - 用于极高要求场合
- 原理：在治具上方增加一个带密封条的盖板，通过抽真空的方式，将PCB紧紧吸附在治具上。这对于有非常微小或轻质元件（如01005、0402尺寸的电阻电容）的板子特别有效，可以防止其“漂浮”移位。
- 优点：固定效果极佳，能应对各种复杂元件。
- 缺点：成本高，操作步骤更复杂，周期时间长。

三、辅助工艺与材料解决方案

除了治具，还可以通过以下方式辅助或替代：

1. 点胶工艺 (Underfilling / Glue Dispensing)

原理：在完成第一面（B面）回流焊后，在需要保护的底部元件旁边或底部点上红胶/胶水。胶水经过固化后，在第二次回流时即使焊料熔化，胶水也能提供足够的机械强度来固定元件。
适用场景：特别适用于非常重的元件（如大电感、变压器、连接器），治具型腔可能无法提供100%的保障时。
流程：SMT第一面 → 点胶 → 固化 → 翻面贴第二面 → 回流焊。
缺点：增加了设备和工序成本，可能给后续维修带来困难。

2. 选用高熔点焊膏 (High-Temperature Solder Paste)

原理：采用阶梯熔点工艺。
- 第一面（B面）使用高熔点焊膏（如Sn10Pb88Ag2，熔点~290°C）。
- 第二面（A面）使用标准熔点焊膏（如SAC305，熔点~217-220°C）。
- 在第二次回流时，炉温最高在240-250°C左右，这个温度不足以熔化B面的高熔点焊料，因此B面元件焊点不会重新熔化。
缺点：成本高，管理复杂（需要两条焊膏库存线），且不适用于无铅工艺要求的产品。

3. 优化回流焊工艺曲线 (Profile Optimization)

原理：即使使用治具，也应优化第二次回流的温度曲线。
- 在保证A面焊接质量的前提下，尽可能降低峰值温度（Peak Temperature）和减少液相线以上时间（Time Above Liquidus, TAL）。
- 减少整个加热过程对B面元件的热冲击，降低其焊料完全熔化的程度和风险。
- 升温速率不宜过快，避免对元件和PCB造成热应力。

四、总结与决策建议

解决方案	工作原理	优点	缺点	适用场景
治具型腔	物理承托元件本体	效果好，应用广，可重复使用	治具成本高，设计需精确	通用方案，适用于绝大多数元件
点红胶	胶水固化提供机械强度	固定非常牢固	增加工序，难维修	超重、大型元件的辅助固定
高熔点焊膏	B面焊料在第二次回流时不熔化	从根本上解决问题	成本高，管理复杂，有铅工艺	特定产品，如有铅混合工艺
优化炉温曲线	减少对B面的热冲击	零成本，良好的实践	效果有限，需配合其他方法	必须采用的辅助手段

行动指南：

首选方案（治具型腔）：对于大多数双面SMT板，使用合成石材质的、带有精密型腔设计的回流焊治具是最可靠、最经济的选择。这是业界的标准做法。
组合拳（治具+点胶）：如果板上有极重或价值极高的元件（掉落后损失巨大），可以在该元件上采用治具型腔 + 点胶的双重保险策略。
工艺配合：无论采用何种治具，都必须精心优化第二次回流的温度曲线，这是确保万无一失的关键工艺步骤。
早期介入：在PCB设计阶段（DFM），就需要考虑二次回流问题。例如，尽量避免在B面放置超重或大型的元件；如果必须放置，要为其预留出治具型腔和支撑的空间。