通孔回流焊接技术设计研究及实施.doc

WORD格式 可编辑 PAGE 专业知识整理分享 许继电子有限公司工艺技术论文 通孔回流焊接技术研究与实施 作者：张智勇 许昌许继电子有限公司 2010年10月25日 综述： 在传统的电子组装工艺中，对于安装有过孔插装元件(THD)印制板组件的焊接一般采用波峰焊接技术。但波峰焊接有许多不足之处：不适合高密度、细间距元件焊接；桥接、漏焊较多；需喷涂助焊剂；印制板受到较大热冲击翘曲变形。因此波峰焊接在许多方面不能适应电子组装技术的发展。为了适应表面组装技术的发展，解决以上焊接难点的措施是采用通孔回流焊接技术。该技术原理是在印制板完成贴片后，使用一种安装有许多针管的特殊模板，调整模板位置使针管与插装元件的过孔焊盘对齐，使用刮刀将模板上的锡膏漏印到焊盘上，然后安装插装元件，最后插装元件与贴片元件同时通过回流焊完成焊接。由于电子产品越来越重视小型化、多功能，使电路板上元件密度越来越高，许多单面和双面板都以表面贴装元件 (SMC/SMD) 为主。但是，由于固有强度、可靠性和适用性等因素，某些通孔元件仍然无法片式化，特别是周边连接器。在以表面贴装型元件为主的PCB上使用通孔元件的传统工艺如图1，其缺点是单个焊点费用很高，因为其中牵涉到额外的处理步骤，包括波峰焊和手工焊，而且波峰焊接有许多不足之处：不适合高密度元件焊接；桥接、漏焊较多；需喷涂助焊剂；印制板受到较大热冲击翘曲变形。 通孔回流焊接的工艺技术如图2，可实现在单一步骤中同时对通孔元件和表面贴装元件（SMC/SMD）进行回流焊。相对传统工艺，在经济性、先进性上都有很大的优势。所以，通孔回流工艺是电子组装中的一项革新，必然会得到广泛的应用。 二 通孔回流焊接工艺与传统工艺相比具有以下优势： 1、首先是减少了工序，省去了波峰焊这道工序，多种操作被简化成一种综合的工艺过程；2、需要的设备、材料和人员较少；3、可降低生产成本和缩短生产周期；4、可降低因波峰焊而造成的高缺陷率，达到回流焊的高直通率。；5、可省去了一个或一个以上的热处理步骤，从而改善PCB可焊性和电子元件的可靠性，等等。 尽管用通孔回焊可得到良好的工艺效果，但还是存在一些工艺问题。1、在通孔回焊过程中锡膏的用量比较大，由于助焊剂挥发物质的沉积会增加对机器的污 染，因而回流炉具有有效的助焊剂管理系统是很重要的；2、对THT元件质量要求高，要求THT元件能经受再流焊炉的热冲击，例如线圈、连接器、屏蔽等。有铅焊接时要求元件体耐温235℃，无铅要求260℃以上。许多THT元件尤其是连接器无法承受回流焊温度；电位器、铝电解电容、国产的连接器、国产塑封器件等不适合回流焊工艺。3、由于要同时兼顾到THT元件和SND元件，使工艺难度增加。 本文重点是确定对通孔回流工艺质量有明显影响的各种因素，然后将这些因素划分为材料、设计或与工艺相关的因素，揭示在实施通孔回流工艺之前必须清楚了解的关键问题。 1. 通孔回流焊焊点形态要求2. 获得理想焊点的锡膏体积计算 3. 锡膏沉积方法4. 设计和材料问题5. 贴装问题6. 回流温度曲线的设定 下面将逐项予以详细描述。 1、通孔回流焊焊点形态要求：首先，应该确定PIHR焊点的质量标准，建议参照业界普遍认同的焊点质量标准IPC-A-610D，根据分类 (1、2或3类)定出目视检查的最低可接受条件。企业可在此标准基础上，进行修改以适应其工艺水平。通孔回流理想焊点模型是一个完全填充的电镀通孔 (Plated Through Hole，PTH)，在PCB的顶面和底面带有焊接圆角（如图3）。 IPC-A-610D对通孔焊接点的可接受标准是底部焊接圆角的存在和焊料充满至少75%板厚的通孔。PIHR工艺的主要技术挑战是，如何在具有高密度引脚元件的通孔里面和周围印刷足够的锡膏，使得在底面形成可接受的焊接点，以满足IPC-A-610D的要求。在通孔回流工艺中，在顶面形成焊接圆脚不是问题，因为锡膏是从顶部印刷的。 2、理想焊点的锡膏体积计算：通孔回流工艺成功的关键是精确计算印刷所需要的锡膏量，锡膏体积计算首先应使用理想的固态金属焊点，所谓理想的焊点如图3所示。由于冶金方法、引脚条件、回流特点等因素的变化，无法准确地预测焊接圆角的形状，使用圆弧描述焊脚是适当和简单的近似方法，再将焊脚区域旋转以确定固态焊点的体积。固态焊料体积=顶面和底面的焊点体积+（电镀通孔的体积－通孔中元件引脚的体积）当计算出焊点的固态焊料体积后，再计算所需锡膏的体积，这是合金类型、流量密度、以及锡膏中金属重量百分比的函数。一般认为印刷用锡膏内的焊料只占大约50%的体积，另外