一、引言
在通信基站的核心组成部分中，通信设备PCBA电路板扮演着至关重要的角色，它承载着各种电子器件，是实现信号传输、功率转换等功能的基础。而SMT贴片加工作为PCBA制造的关键工艺，其质量直接影响到整个通信基站的性能和可靠性。
在通信基站电源模块的SMT贴片加工过程中，需要焊接多种类型的器件，其中功率器件和IC是两类重要的器件。功率器件通常承担着大电流、高电压的转换和控制任务，其焊接质量对散热性能、导电性能等至关重要，一般需要较高的焊接温度来保证焊料充分熔化，形成良好的焊点。然而，IC器件往往集成度高、结构精细，对温度较为敏感，过高的温度容易导致其内部电路受损、性能下降甚至失效。因此，功率器件与IC的热兼容性问题成为了SMT工艺中的一大挑战，若处理不当，会严重影响电源模块的稳定性和使用寿命。
二、双回流焊技术原理与特点
双回流焊技术是指在SMT贴片加工过程中，对PCBA进行两次回流焊接的工艺。第一次回流焊接主要针对功率器件等耐高温的器件，第二次回流焊接则针对IC等对温度敏感的器件。该技术的核心在于通过分阶段控制焊接温度和时间，满足不同器件对焊接温度的要求，从而解决热兼容性问题。
双回流焊技术具有以下特点：
- 针对性加热：能够分别为功率器件和IC提供合适的焊接温度，避免了单一回流焊温度无法兼顾两者的弊端。
- 精确控制：可以精确设置两次回流焊接的温度曲线，包括升温速率、峰值温度、保温时间等参数，以适应不同器件的焊接需求。
- 提高良率：减少了因温度不当导致的器件损坏，提高了PCBA的焊接良率和整体可靠性。
三、双回流焊技术解决热兼容性问题的具体应用
（一）第一次回流焊接——功率器件焊接
- 器件布局规划：在PCBA设计阶段，将功率器件集中布局在特定区域，以便在第一次回流焊接时进行针对性加热。同时，考虑功率器件的散热需求，合理设计焊盘和散热铜箔，确保焊接过程中热量能够及时散发。
- 焊接材料选择：选择适合功率器件焊接的焊料，如高熔点的Sn-Ag-Cu（SAC）合金焊料，其熔点通常在217℃左右，能够满足功率器件对焊接强度和耐高温性能的要求。
- 温度曲线设计：第一次回流焊接的温度曲线主要包括预热阶段、保温阶段、回流阶段和冷却阶段。预热阶段以较慢的升温速率（约1-3℃/s）将PCBA温度升高到150-180℃，目的是使焊膏中的溶剂挥发，避免焊接时产生气泡和飞溅。保温阶段保持温度在180-200℃，持续时间约60-90秒，使焊膏中的合金颗粒充分活化，提高焊接润湿性。回流阶段将温度迅速升高到230-250℃，达到焊料的熔点以上，使焊料充分熔化并润湿器件引脚和焊盘，持续时间约30-60秒。冷却阶段以适当的速率（约3-5℃/s）将温度降低到室温，使焊点固化。
（二）第二次回流焊接——IC焊接
- 器件保护措施：在第一次回流焊接完成后，对功率器件进行适当的保护，避免在第二次回流焊接过程中受到过高温度的影响。可以采用隔热材料对功率器件区域进行遮挡，或者控制第二次回流焊接的温度场分布，使IC所在区域的温度达到焊接要求，而功率器件区域的温度不超过其承受极限。
- 焊接材料选择：对于IC焊接，通常选择低熔点的焊料，如Sn-Pb合金焊料（熔点约183℃）或低熔点的SAC合金焊料，以降低焊接温度，减少对IC的热冲击。
- 温度曲线设计：第二次回流焊接的温度曲线相对温和，预热阶段升温速率控制在1-2℃/s，将温度升高到120-150℃，保温阶段温度保持在150-170℃，持续时间约60-90秒，使焊膏中的溶剂挥发和合金颗粒活化。回流阶段温度升高到180-210℃，使低熔点焊料熔化，持续时间约30-50秒。冷却阶段同样以适当速率降温，确保焊点质量。
（三）工艺参数优化
在双回流焊过程中，需要对两次回流焊接的工艺参数进行优化，包括温度、时间、风速、气压等。可以通过实验和仿真的方法，分析不同参数对焊接质量的影响，找到最佳的工艺参数组合。例如，通过调整回流炉的加热区温度和风速，控制温度曲线的形状和稳定性，确保功率器件和IC都能获得良好的焊接效果。
四、参考案例分析
某通信设备制造商在生产某型号通信基站电源模块时，采用传统单回流焊工艺，发现功率器件的焊点存在虚焊、开裂等问题，同时部分IC器件出现性能异常甚至损坏，良率仅为85%左右。为解决这一问题，该制造商引入双回流焊技术，对工艺进行改进。
在第一次回流焊接中，针对功率器件设置了较高的峰值温度（240℃）和合适的保温时间，确保焊点饱满、可靠。在第二次回流焊接中，针对IC器件降低峰值温度至200℃，并优化了升温速率和冷却速率，减少了对IC的热损伤。经过工艺改进后，功率器件的焊点质量显著提高，IC器件的损坏率大幅降低，整体良率提升至98%以上，有效解决了功率器件与IC的热兼容性问题，提高了电源模块的可靠性和生产效率。
五、结论
在通信基站电源模块PCBA的SMT贴片加工中，双回流焊技术是解决功率器件与IC热兼容性问题的有效方法。通过合理规划器件布局、选择合适的焊接材料、设计精确的温度曲线以及优化工艺参数，能够分别满足功率器件和IC对焊接温度的不同需求，提高焊接质量和PCBA的可靠性。随着通信技术的不断发展，对PCBA的性能要求越来越高，双回流焊技术将在通信设备制造中发挥更加重要的作用，为通信基站的稳定运行提供有力保障。
因设备、物料、生产工艺等不同因素，内容仅供参考。了解更多smt贴片加工知识，欢迎访问深圳PCBA加工厂-1943科技。
2024-04-26
