通孔回流工艺

穿孔回流焊是一项国际电子组装应用中新兴的技术。当在PCB的同一面上既有贴装元件，又有少量插座等插装元件时，一般我们会采取先贴片过回流炉，然后再手工插装过波峰焊的方式。但是，如果采取穿孔回流焊技术，则只需在贴片完成后，进回流炉前，将插件元件插装好，一起过回流炉就可以了。通过这项比较，就可以看出穿孔回流焊相对于传统工艺的优越性。首先是减少了工序，省去了波峰焊这道工序，在费用上自然可以节省不少。同时也减少了所需工作人员，在效率上也得到了提高。其次是回流焊相对于波峰焊，生产桥接的可能性要小得多，这样就提高了一次通过率。穿孔回流焊技术相对传统工艺在经济性、先进性上都有很大的优势。所以，穿孔回流焊技术是电子组装中的一项革新，必然会得到广泛的应用。但如果要应用穿孔回流焊技术，也需要对器件、PCB设计、网板设计等方面提出一些不同于传统工艺的要求。a） 元件：穿孔元件要求能承受回流炉的回流温度的标准，最小为230度,65秒。这一过程包括在孔的上面涂覆焊膏（将在回流焊过程中进入孔中）。为使这一过程可行，元件体应距板面0.5毫米，所选元件的引脚长度应和板厚相当，有一个正方形或U形截面，（较之长方形为好）。b） 计算孔尺寸完成孔的尺寸应在直径上比引脚的最大测量尺寸大0.255毫米（0.010英寸），通常用引脚的截面对角，而不包括保持特征。钻孔的尺寸比之完成孔再大0.15毫米（0.006英寸），这是电镀补偿，这样算得的孔就是可接受的最小尺寸。c） 计算丝网：（焊膏量）第一部分计算是找出焊接所需的焊膏量，孔的体积减去引脚的体积再加上焊角的体积。（需要什么样的焊接圆角）。所需焊接体积乘以2就是所需焊膏量，因为焊膏中金属含量为50%体积（以ALPHA的UP78焊膏为例）。丝印过程中将焊膏通过网孔印在PCB上，由于压力一般能将焊膏压进孔中0.8毫米（当刮刀与网板成45度角时）。我们计算进入孔中焊膏的体积，从所需焊膏量中减去它就得到在网孔中留下的焊膏的体积。这一体积除以网板的厚度就可以求出网孔所需的面积了。d） 网板设计：网板的位置将取决于以下几个因素：1、 网孔的一边到孔中心的最小距离要求等于钻孔半径。2、 网孔总是比焊盘要大，所以焊膏将涂在阻焊层上，回流焊后确认不会有焊膏残留在阻焊盘上，网孔的边要求笔直，因为当回流焊过程焊膏进入孔中，将不会有焊膏在表面进行回流焊。3、 器件底面的下模形状有设计限制，下底面和丝印的焊膏之间需要有0。2毫米的空间。（在设计中必须包含）4、 在插座上，许多网孔提供笔直和窄的丝印，所以元件定位和在穿孔插座旁的测试点要留下一定的空间给焊膏层。5、 一般元件比如晶振，在元件下有足够的空间满足丝印需要的面积，这意味着将没有必要将焊膏涂覆在元件的外部。e） 元件管脚的准备：管脚有一个正确的长度非常重要，当它们进入这一过程之前它们必须被预先剪切以达到比板厚多1.5毫米的条件。所有的引脚尺寸和网孔尺寸的变动偏差都将会被焊接圆角的量所包含，所以一些变动会体现在焊接圆角的高度变动上。回流炉的温度曲线要求设置成：在4.5分钟内平滑提升到165+20度，从165〜220+5度只经过一个温区，在220+5度保持50秒。f） 焊接：由于实际原因，当穿孔回流焊时总是有焊膏的变动，所以设计有一个焊接圆角，可以解决一系列变动。变动的圆角总是在元件下方，从平坦到饱满以符合检验标准。穿孔回流焊在应用上是比较简捷的，但相对“插装〜波峰焊”的工艺则需要较多的前期准备工作。穿孔回流焊的重点是对网孔形状、大小的设计，这一计算过程又要考虑到焊膏的固体含量、引脚的体积、孔径的大小等因素。所以，要得到一个完美的焊点，需要经过周详的计算和反复的试验。本文只是对穿孔回流焊的基本技术要求作了说明，有许多细节问题还有待进一步试验和总结。baoqiang2009-03-1217:37概述.通孔回流焊接技术起源于日本SONY公司,90年代初已开始应用.但它主要应用于SONY自己的产品上,如电视调谐器及CDWalkman.通孔回流焊接技术采用的是点印刷及点回流的方式所以又称为SpotReflowProcess,即点焊回流工艺.笔者所在的企业采用此工艺.主要用于CD,DVD激光机芯伺服板以及DVD-ROM伺服板的生产.取得了较好的效益.通孔回流焊接生产工艺流程.它的生产工艺流程与SMT流程极其相似，即印刷锡浆3插入元件3回流焊接.无论对于单面混装板还是双面混装板，都是一样的流程，如下所示：SMT机板印刷锡浆：使用机器将锡浆印刷在线路板上。手工插机：人工插件。点焊回流炉：使用热风回流机器焊接。结束通孔回流焊接工艺的特点.对某些如SMT元件多而穿孔元件较少的产品，这种工艺流程可取代波峰焊.与波峰焊相比的优点：⑴焊接质量好，不良比率DPPM可低于20.虚焊,连锡等缺陷少，极少的返修率.PCBLayout的设计无须象波峰焊工艺那样特别考虑.工艺流程简单，设备操作简单.设备占地面积少.因其印刷机及回流炉都较小,故只需较小的面积.⑹无锡渣的问题.机器为全封闭式，干净，生产车间里无异味.设备管理及保养简单.印刷工艺中采用了印刷模板，各焊接点及印刷的锡浆份量可根据需要调节。在回流时，采用特别模板,各焊接点的温度可根据需要调节。与波峰焊相比的缺点.此工艺由于采用了锡浆,焊料的价格成本相对波峰焊的锡条较高。须订制特别的专用模板，价格较贵.而且每个产品需各自的一套印刷模板及回流焊模板.不适合多个不同的PCBA产品同时生产.回流炉可能会损坏不耐高温的元件。在选择元件时特别注意塑胶元件，如电位器等可能由于高温而损坏.根据我们的经验，一般的电解电容，连接器等都无问题.根据我们测试的结果，实际使用回流炉时元件表面最高温度在120-150度.通孔回流焊接工艺设备。1.锡浆印刷机。采用的机器：SS-MD(SONY锡浆印刷机)。需用特别的模板配合印刷机使用.1.1基本原理。以一定的压力及速度下，用塑胶刮刀将装在模板上的锡浆通过模板上的漏嘴漏印在线路板上相应位置。步骤为：送入线路板-->线路板机械定位--->印刷锡浆--->送出线路板1.2锡浆印刷示意图：刮刀：采用赛钢材料.无特别的要求.刮刀与模板之间间距为0.1-0.3mm,角度为9度.模板：厚度为3mm,模板主要由铝板及许多漏嘴组成.漏嘴：漏嘴的作用是锡浆通过它漏到线路板上.漏嘴的数量与元件脚的数量一样，漏嘴的位置与元件脚的位置一样，以保证锡浆正好漏在需要焊接的元件位置.漏嘴下端与PCB之间间距为0.3mm,目的是保证锡浆可以容易的漏印在PCB上.漏嘴的尺寸可以选择，以满足不同焊锡量的要求.印刷速度：可调节，印刷速度的快慢对印在PCB上锡浆的份量有较大的影响.1.3工艺窗口：印刷速度:在机器设置完成后，只有印刷速度可通过电子调节.要达到好的印刷品质，必须具备以下几点：漏嘴的大小合适,太大引起锡浆过多而短路；太小引起锡浆过少而少锡.模板平面度好，无变形.各参数设置正确(机械设置)：⑴漏嘴下端与PCB之间间距为0.3mm.(2)刮刀与模板之间间距为0.1-0.3mm,角度为9度.插入元件。采用人工的方法将电子元件插入线路板中，如电容，电阻，排插，开关等。元件在插入前线脚已经剪切。在焊接后无须再剪切线脚.而波峰焊是在焊接后才进行元件线脚剪切.点焊回流炉.采用的机器：SONY点焊回流炉MSR-M201。需用特别的模板配合回流炉使用.3.1原理：热风气流通过特制的模板上喷嘴,在一定的温度曲线下，将印刷在PCB上元件孔位处的锡浆熔化，然后冷却，形成焊点，将通孔元件焊接与线路板上.3.2回流炉的结构：共有四个温区：两个预热区，一个回流区，一个冷却区.只有下部才有加热区,而上方则没有加热区，不象SMT回流炉上下都有加热区.这样的设计可以尽量较少温度对元件本体的损坏.两个预热区和一个回流区的温度可以独立进行控制，冷却区则为风冷.回流区为最关键的温区，它需要特殊的回流模板.3.3点焊回流炉回流区工作示意图：模板：厚度为15mm,模板主要由耐高温金属板及许多喷嘴组成.喷嘴：喷嘴的作用是热风通过它吹到线路板锡浆上.喷嘴的数量与元件脚的数量一样,喷嘴的位置与元件脚的位置一样，以保证热风正好吹在需要焊接的元件位置提供足够的热量.**喷嘴上端与PCB之间间距为3mm.**喷嘴的尺寸可以选择，以满足不同元件不同位置的热量需求3.4.回流炉的设置：根据PCB上焊接点的多少，来决定温度设置.以下是笔者所用的温度设置：设置温度实际温度预热温区1温度:380OC380OC+/-10OC预热温区2温度:430OC430OC+/-10OC回流温区温度:440OC440OC+/-10OC回流时间：27Sec热风气流：250NL/Min传送带速度:0.74米/分**注意：此回流时间是指PCB在回流区停留的时间，而不是回流曲线中的”回流时间”.在此温区,PCB被迅速加热直到最高温度，当回流时间结束时,PCB被迅速送出并冷却.锡浆.采用含有金属Bi的锡浆，成分为46Sn/46Pb/8Bi.由于含有Bi,熔点为178度，比63Sn/37Pb的183度低5度,目的是降低回流的温度，避免SMT元件再熔而跌落.SMT采用的是63Sn/37Pb.采用的锡浆要求流动性好,以满足印刷的要求.锡浆可在常温下放置较长时间,最长为7天。金属组成部分Sn:46+/-1%,Bi:8+/-1%,Pb:剩余部分;松香含量（重量）9.5+/-0.5%粘度240+/-30Pa.S粉末尺寸25um以下,<10%25-50um,>89%50um以上,<1%熔点163OC固相线，178OC液相线六.温度曲线.由于通孔回流焊的锡浆,元件性质完全不同于SMT回流，故温度曲线也截然不同.温度预热区回流区冷却区温度曲线分为三个区域：预热区.将线路板由常温加热到100OC-140OC左右,目的是线路板及锡浆预热，避免线路板及锡浆在熔焊区受到热冲击。如果板上有不耐高温的元件，则可以将此温区的温度降低，以免损坏元件.回流区.（主加热区）温度上升到锡浆熔点，且保持一定的时间.使锡浆完全熔化。最高温度在200-230OC.在178OC以上的时间为30-40秒.冷却区.借助冷却风扇，降低锡浆温度，形成锡点，并将线路板冷却至常温。baoqiang2009-03-1217:38通孔回流技术的日渐流行主要原因是能大大节约生产成本。如果考虑到现今PCB板上不采用表面贴装技术的有线元件只占了5-10%，但其费用却远远超过该比例，通孔回流技术的成本优势就愈发明显了。将通孔回流技术整合入表面贴装的主要目是用同样的机器和制程在一步之内同时处理表面贴装和通孔回流器件。使用通孔回流技术可以免除波峰焊接和选择焊接（或压接）并节省流程时间、减低机械要求和车间面积。生产流程通常包括以下几步:把焊膏置于装配件的背面、放置表面贴装器件、回流焊接、把焊膏置于装配件的正面、放置表面贴装器件、放置通孔回流器件及回流焊接。通孔回流连接器的设计使用通孔回流连接器的最基本方法就是“引脚浸锡膏”工艺一一把引脚插入填满焊膏的通孔中，并用回流法焊接，其效果和传统的波峰焊接非常相似。要真正把通孔回流技术整合入全自动的表面贴装器件制造过程中，还需要考虑器件的选择和焊接过程，例如：器件是否适合更高温度的工作条件、能否配合视觉系统、针型栅格、高度及重量、定位和底座受力、端子形状、PCB布局、焊膏应用和回流等。除了选择合适的连接器，设计中需要确认制造过程是否符合一些基本规则，如PCB布局、丝印模板设计、刮刀参数等。而不规则形状器件的自动放入则带来更高的成本和技术。任何“可回流”的连接器都可以自动放置，但是只有新一代的自动取放机器可以处理高端器件（如弹簧夹）并提供更强的底座受力。其他一些次要因素如缺少进料器和自动包装也可能造成问题。通孔回流和波峰焊接连接器都可用于回流焊接。选用合适的塑料，温度分布大约可以在190°C维持几分钟，也能在瞬间承受220°到240°C的高温。电子品生产中即将采用的无铅制程要求温度再升高30°到40°C左右，而这些连接器也和此温度分布相容（峰值260°C）。通孔回流过程中，连接器的外壳不可以和焊膏接触，同时要保持焊点处的最佳热流。因此器件需要达到最低热容量且不会从焊脚吸热或是遮住焊脚。器件的设计也要适合标准包装制程。针长要与板的厚度和应用类型相配合，针在PCB背面的投影应该介于1到1.5毫米，这样最终的焊点就可能符合IPC-A-610C标准。基于全自动仪器放置的准确性和器件的公差，通孔的直径通常应该比针的直径大20-50%。如果连接器上只有很少的端子，通孔直径可以稍小一些。紧固件也不可以有太大的咬接力，因为表面贴装设备通常只支持10-20牛顿的压接力。通孔回流焊接技术通孔回流焊接点所需的焊膏量由通孔体积决定。因此，模板的面积可以忽略不计，其厚度也几乎为零。目前模板的厚度大多为150微米并向100微米靠近。模板边缘应比焊盘的直径小0.1毫米以避免焊料结球。只有50%的纯焊膏填在焊接点，其余都用作辅助材料如焊剂（图1）。增加焊膏体积（填充率）的其他一些方法，如使用封闭压力系统等可达到100%的填充率。此主题相关图片如下:卷带包装特别适用于传统取放装置系统，并可使用标准进料器。将标准真空吸头置于绝缘套管的负压面或连接器的外罩上就可以将轻易地连接器从卷轴中取出。卷带进料器的宽度通常都不超过75毫米，装配速度要根据器件来调整。和表面贴装器件一样，通孔回流器件也要求容易识别，通常做一个黑色绝缘外壳以