孔回流焊接(Through-hole Reflow,THR) 。
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圖1 適合通孔再流焊接的PCBA
在PCB組裝工藝中用回流焊接工藝完成通孔插裝元器件的焊接稱為通
孔回流焊接(Through-hole Reflow,THR) 。
用傳統(tǒng)的方法焊接混合組裝的PCB時(shí),通常采用的工藝流程是:
印刷焊膏→貼裝 SMC/SMD→再流焊接表面貼裝元器件→插裝
THC/THD→波峰焊接THC/THD。
THR是利用一種安裝有許多針管的特殊模板,調(diào)整模板位置,使針管
與插裝元器件的通孔焊盤對(duì)齊,使用刮刀將模板上的焊膏漏印到焊盤上,
然后安裝插裝元器件,最后插裝元器件和貼片元器件一起通過(guò)回流焊完成
焊接。
當(dāng)使用THR時(shí),SMC/SMD和THC/THD都是在回流焊接工序內(nèi)完成
焊接的。THR的出現(xiàn),豐富了焊接手段,簡(jiǎn)化了工藝流程,提高了生產(chǎn)效率。
二.通孔回流焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)
1.可以利用現(xiàn)有的SMT設(shè)備來(lái)組THC/THD,節(jié)省成本和投資。
2.目前的自動(dòng)多功能貼裝設(shè)備均可以貼裝THC/THD;在以表面貼裝為主的
PCB上使用THR,摒棄了傳統(tǒng)波峰焊接工藝和手工插裝工藝,實(shí)現(xiàn)單一的
SMT生產(chǎn)線就能完成所有PCB的組裝。
3.多種操作被簡(jiǎn)化成一種綜合性的工藝過(guò)程。
4.需要的設(shè)備、材料和人員較少。
5.可降低生產(chǎn)成本和縮短生產(chǎn)周期。
6.可降低因波峰焊接而帶來(lái)的高缺陷率。
7.可省去一個(gè)或一個(gè)以上的熱處理步驟,從而改善可焊性和電子組件的可靠
性。
THR對(duì)于元器件的耐溫性,通孔焊盤的設(shè)計(jì),模板設(shè)計(jì),焊膏印刷以
及回流焊接都有著特殊的要求。
三.通孔回流焊接工藝的缺點(diǎn)
1.焊膏用量特別大。
2.助焊劑揮發(fā)后形成的殘留物很多,會(huì)對(duì)機(jī)器和PCB造成污染。
3.焊點(diǎn)的空洞的概率增加。
3.由于通孔元器件要經(jīng)過(guò)整個(gè)回流溫度曲線, 所以它們必須承受峰值溫度為
240℃、30s的熱沖擊。通孔元器件必須考慮回流焊接的適應(yīng)性。
元件應(yīng)該采用那些在 183℃(最好是220℃達(dá)40s)以上、峰值溫度
235℃、 (60~90 )s內(nèi)不發(fā)生劣化的樹(shù)脂制造。元件制造商還需要有關(guān)彎
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曲、尺寸穩(wěn)定性、收縮和介電特性等方面的標(biāo)準(zhǔn)。
4.QJ165B對(duì)通孔焊接點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是PCB焊接面(B面)焊接潤(rùn)濕角的存在和
焊料充滿至少100%板厚的通孔。
THR的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是,如何在具有高密度引腳元件的通孔里面和周
圍印刷足夠的錫膏,使得在B面形成可接受的焊接點(diǎn),以滿足QJ165B的
要求。因?yàn)樵赥HR中,在A面形成焊接潤(rùn)濕角不是問(wèn)題,因?yàn)殄a膏是從A
面印刷的。
5.由于焊膏中金屬成分體積約占焊膏體積的50%左右, 需要優(yōu)化通孔焊盤設(shè)
計(jì),模板設(shè)計(jì),確保足夠的焊膏量,防止少錫和空洞。
6.與普通波峰焊接工藝相比較,THR的技術(shù)難度較高:PCB的厚度、鍍孔
尺寸、PCB焊盤尺寸、焊膏印刷量、元器件引線直徑、元器件引腳間距、
焊膏的金屬含量、印刷網(wǎng)板的設(shè)計(jì)、元器件的安裝以及焊點(diǎn)的檢測(cè)等會(huì)影
響焊點(diǎn)的形狀。
除此之外,金屬化孔焊料量的填充還與印刷網(wǎng)板的開(kāi)口尺寸有關(guān)。
7. THR對(duì)元器件安裝設(shè)計(jì)有特殊要求
1)金屬化孔設(shè)計(jì)
(1)圓形引線:標(biāo)準(zhǔn)金屬化孔的孔徑為圓形引線直徑+0.254mm。
(2)矩形引線:標(biāo)準(zhǔn)金屬化孔的孔徑為對(duì)角線+1.27mm。
2)焊盤尺寸
考慮最小焊盤尺寸時(shí),必須考慮金屬化孔尺寸、PCB制造公差和要求
的最小焊環(huán)。
最小焊環(huán)的定義為:從金屬化孔邊緣到焊盤外徑金屬部分的最小量。
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最小焊盤直徑=最后的金屬化孔直徑+2(最小環(huán))+PCB制造公差
最小焊盤尺寸減少了需要用來(lái)形成A面和B面潤(rùn)濕角的焊膏量。
3)焊盤與周邊相鄰導(dǎo)體的間隙
金屬化孔元器件焊盤與周邊相鄰金屬導(dǎo)體之間應(yīng)有足夠的間隙,如果
有靠得太近的金屬化孔,焊料將在金屬化孔與焊盤之間被平分,引起橋連。
在金屬化孔元器件焊盤周邊要求的間隙區(qū)域內(nèi),應(yīng)沒(méi)有暴露的其它金屬、
孔或圖例阻焊膜。圖例阻焊膜可能影響再流期間焊膏的流動(dòng),并將其分離
形成焊珠。
四.結(jié)語(yǔ)
THR是上個(gè)世紀(jì)九十年代出現(xiàn)的,為填補(bǔ)傳統(tǒng)回流焊接不能焊接通孔
插裝元器件的回流焊接技術(shù)。
THR克服了波峰焊接的許多不足,簡(jiǎn)化了工藝流程,提高了生產(chǎn)效率,
比較適合于高密度電路板中插裝元器件的焊接。
但是由于引腳長(zhǎng)度、引腳端部形狀以及焊膏中金屬成分所占體積的限
制,尤其是使用THR時(shí)焊膏量的計(jì)算和控制十分復(fù)雜,使得THR很難滿
足通孔100%以上的透錫率,因此,對(duì)于高可靠性電路板,特別是軍用產(chǎn)品
需要承受一定機(jī)械力的連接器等通孔插裝元器件,應(yīng)慎重使用THR。
THR和選擇性波峰焊接都是為解決PCB上通孔插裝元器件焊接的工藝
技術(shù),比較而言,我們更愿意使用選擇性波峰焊接,尤其對(duì)于引線鍍金的
電連接器,選擇性波峰焊接有著THR無(wú)法比擬的優(yōu)越性。
綜上所述,THR工藝發(fā)展的主要方向還是在工藝的完善和元器件的改
良上,尤其對(duì)于高可靠要求的航天航空軍用電子設(shè)備,必須慎重考慮。
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