一、回流焊治具的核心作用与目的
支撑与防变形 (最主要作用):
对于薄板、大尺寸板(如LED铝基板、电视主板)或存在大型BGA/接插件的PCB,在回流炉的高温(通常高达245-260℃)下极易发生 弯曲(Bow)和扭曲(Twist)。治具提供刚性支撑,将其“绷直”或“压平”,防止变形。
防止变形直接关联到 焊点质量(如BGA的冷焊、开路)和 后续组装(如外壳装配困难)。
保护与遮蔽:
局部散热:在需要多次过炉(双面贴装)时,保护已焊接好的一面。治具在背面元件位置开“散热窗口”或用 隔热材料 覆盖,防止二次回流时已焊点熔融脱落。
保护金手指/连接器:用治具上的遮蔽块盖住金手指、精密连接器端子,防止其被氧化或沾上助焊剂。
保护敏感元件:为不耐高温的元件(如某些传感器、塑料部件)提供局部隔热。
定位与承载:
为异形板、尺寸过小或不规则的PCB提供标准的夹持边和定位孔,使其能在SMT产线上(印刷机、贴片机、回流炉) 稳定传输和定位。
承载FPC(柔性电路板),使其在过炉时保持平整。
辅助工艺:
在治具上集成 测温板固定座,方便进行炉温测试。
设计用于 屏蔽罩 的定位,以便在回流时一次性焊接屏蔽罩和内部元件。
二、主要类型与结构
根据功能和结构,回流焊治具主要分为以下几类:
1. 通用托盘 (Carrier)
结构:一个带有边框和支撑点的平板,PCB放入其中。
适用:标准尺寸,轻微防变形需求。成本。
2. 夹具型治具 (Jig/Frame)
结构:由 底座(Base Plate) 和 上盖(Cover Plate) 或压框组成,通过弹簧针、螺丝或卡扣将PCB夹紧在中间。
适用:最常用、最典型的回流焊治具,适用于需要强力防变形、双面回流或承载FPC的场景。
全包覆式:上盖完全覆盖PCB背面,用于双面回流保护。
边框式:仅用边框压住PCB边缘,中间镂空,用于支撑大板防变形。
3. 专用治具
结构:针对特定产品和工艺定制,可能集成复杂的定位、压合机构。
适用:带有 插座、按键、异形件 等需要在回流前预组装,并在过炉中固定的产品。
三、关键设计要点
材料选择 (至关重要)
:合成石(如“劳士领”系列)、玻纤复合板(如G10/FR4)。
理由:极低的 热膨胀系数(CTE),高温下尺寸稳定不变形;重量轻;隔热性好;可加工性佳。
次选:铝合金。
理由:强度高,耐用。但 必须进行黑色阳极氧化或特氟龙涂层处理,以减少吸热、防止粘锡和助焊剂,并降低热质量。因其导热快,可能影响局部温度均匀性。
辅助材料:高温硅胶、隔热棉、弹簧针等,用于缓冲压力和隔热。
热设计
轻量化:在保证强度的前提下,尽量掏空治具本体,减少其 热质量,避免治具本身吸热过多影响炉温曲线,或导致炉温恢复困难。
开窗设计:
底部:支撑PCB的接触面应设计为 网格状或点阵式支撑,化减少与PCB的接触面积,同时保证支撑强度。这有利于热风循环,使PCB受热更均匀。
顶部(盖板):对应需要保护的元件位置,使用 隔热块 或直接加厚材料进行遮蔽。
热平衡考虑:设计时需用热仿真软件模拟,确保治具不会造成PCB上不同区域的温差过大。
机械设计
定位精度:使用 耐磨精定位销(如MISUMI标准件) 和衬套,确保PCB位置精度(±0.05mm级别)。
夹紧力:使用 弹簧压片、硅胶柱 等提供均匀、柔和的压力,既要压住PCB防变形,又不能压伤表面元件或导致PCB应力过大。
防呆设计:明确的防错标识和不对称定位孔,防止PCB或治具方向放反。
设备兼容性:治具外形尺寸、边缘豁口等必须符合回流炉导轨的 宽度和传输要求。
四、针对特定场景的应用
双面回流焊接:
面过炉时使用普通托盘。
第二面过炉时,必须使用 带隔热上盖的夹具,盖住已焊接的面元件,防止其二次熔融。隔热上盖内侧对应高大元件的位置需要 挖避让槽。
LED铝基板/MCPCB:
铝基板散热极快,易导致焊点冷焊。治具设计要 尽量减少底部支撑,甚至采用镂空网架,让热风能直接吹到铝基板背面,加快升温。
同时,铝基板本身很硬,治具主要起 承载和定位 作用。
FPC/软硬结合板:
必须使用 带盖板的夹具,将FPC平整地压合在一张 耐高温的硅胶垫或海绵垫 上,防止其在高热下收缩、起翘。
治具上需要定位FPC的加强板或连接器。
通孔回流焊(THR):
对于有少数插件元件的板子,治具可能需要设计 压块或活动机构,在过炉前压住插件元件,防止其在回流过程中因焊膏表面张力而浮起。
五、使用、维护与成本
使用流程:清洁治具 → 放入PCB → 合盖/固定 → 过炉 → 冷却 → 拆卸。
维护保养:
定期清洁:清除助焊剂残留和灰尘,防止污染PCB。
检查磨损:检查定位销、压紧部件、弹簧针的磨损和弹性。
监测变形:定期将治具放在大理石平台上检查平面度。
成本考量:回流焊治具(尤其是复杂夹具)单件成本较高,但分摊到大批量生产中,其提升直通率和可靠性的价值远高于成本。通常用于 中高端、高可靠性、或制程难度大的产品。
