THR通孔回流焊技术要求

1、 通孔回流焊技术要求 近年来,表面贴装技术（SMT）迅速发展起来,在电子行业具有举足轻重的位置。除了全自动化生产规模效应外,SMT还有以下的技术优势：元件可在PCB的两面进行贴装,以实现高密度组装;即使是最小尺寸的元件也能实现精密贴装,因此可以生产出高质量的PCB组件。然而,在一些情况下,这些优势随着在PCB上元件贴着力的减少而削弱。让我们观察图1的例子。SMT元件的特点是设计紧凑,并易于贴装,与通孔的连接器在尺寸和组装形式上有明显的区别。图1 PCB上组装有SMT元件（左）和一个大理通孔安装的连接器（右）用于工业领域现场接线的连接器通常是大功率元件。可满足传输高电压、大电流的需要。因此设计时

2、必须考虑到足够的电气间隙与爬电距离,这些因素最终影响到元件的尺寸。此外,操作便利性、连接器的机械强度也是很重要的因素。连接器通常是PCB主板与“外界部件”通信的“接口”,故有时可能会遇到相当大的外力。通孔技术组装的元件在可靠性方面要比相应的SMT元件高很多。无论是强烈的拉拽、挤压或热冲击,它都能承受,而不易脱离PCB。从成本考虑,大部分PCB上SMT元件约占80%,生产成本仅占60%;通孔元件约占20%,生产成本却占40%,如图2所示。可见,通孔元件生产成本相对较高。而对许多制造公司来说,今后面临的挑战之一便是开发采用纯SMT工艺的印刷线路板。图2 带有通孔无件和SMT元件的PCB根据生产成本

3、以及对PCB的影响,SMT+波峰焊和SMT+压接技术（press in）等现有的工艺还不完全令人满意,因为在现有的SMT工序需要进行二次加工,不能一次性完成组装。这就对采用通孔技术的元件提出了下列要求：通孔元件与贴片元件应该使用同样的时间、设备和方法来完成组装。 THR如何与SMT进行整合根据上述要求发展起来的技术,称之为通孔回流焊技术（Through-hole Reflow,THR）,又叫“引脚浸锡膏（pin in paste,PIP）”工序,如图3所示。图3 通孔回流焊技术的工序“引脚浸锡膏”法将典型的SMT生产工艺应用在带电镀通孔的PCB上,并取得了令人满意的效果。但在采用这种方法时,需

4、要根据实际使用的元件和加工过程中的具体情况调整有关参数。图4 可采用THR工艺的连接器元件应满足的特性 完成THR工艺的步骤1确认通孔的连接器是否可采用THR工艺“真正的”THR连接器元件应满足图4中的特性。2 PCB的设计需适应新的工艺条件1）孔径孔径选择的原则有两个：一方面应保证焊锡容易回流到焊孔内（毛细管原理）,另一方面还应保证组装的可靠性（元件公差）,如图5所示。图5 孔径的选择2）焊盘环的设计推荐的焊盘环宽为0.5mm,如图6所示,它有利于对形成的焊点弯月面进行评估。如果采用较大的间距与爬电距离,按照上述过程,焊盘环宽度只要0.2mm就可以了。3 高质量焊点的外观THR是独立的焊接工

5、艺,焊点质量可以按照IPC-A-610C标准检验。将波峰焊形成的焊点与THR焊点相比较,按照传统的标准,THR焊点看上去呈“锡量不足状”,并仅有较小的弯月面。这一现象是THR焊接工艺的特征,通常应与质保部共同来判定是否满足焊接要求。图6 焊盘环的设计4 采用适合THR工艺的模板设计和施加在焊膏上的压力标准模板厚度为150120m,通常不需要施加过大的涂布压力。推荐的模板开口尺寸如下。ds=di+2R-0.1（di为孔径,R为焊盘环宽）此公式保证焊盘环与模板之间的适当接触,焊膏上的压力是足够的,不必增加模板的清洁次数。焊膏的特性要求有以下几点：涂布过程中应具有良好的流动性,良好的湿润性,在孔内及

6、安装插针时应有良好的黏接力。图7 THR锡膏涂布压力具有的特点大多数焊膏制造商提供的产品均可满足该工艺,基本法则仍是：SMT元件决定了工艺窗口THR工艺也必须与之相适应。5 在PCB焊盘上足量的焊膏涂布理想的THR锡膏涂布压力具有图7所示的特点,每个焊盘上涂布的锡膏量必须是相应焊孔容量的倍。所需焊膏量必须在PCB的下面呈现“水滴”状。填入的焊膏量可通过调整印刷速度和刮刀角度来获得。例如,改变刮刀角度,更大的压力可施加于焊膏上,如图8所示（假定速度不变）。图8 改变刮刀角度另一种方法是封闭式涂布法。密封式焊膏涂布系统可直接对焊膏施压。通过调节施于它上面的压力获得所需的焊膏涂入量,如图9所示。图9

7、 封闭式涂布法在生产实践中这两种方法均可取得不错的效果。可是,由于生产条件各不相同,偶尔会发生焊膏涂入量不足的现象。在这种情况下可选用以下改进措施：采用的模板厚度为最大允许值,重复涂布焊膏,局部增加焊膏用量,双面涂布锡膏（双面再流焊）,增大涂布压力,采用较小公差（工艺标准通常规定了公差范围）。 6 选择最优化包装形式“编带包装”广泛应用于SMT加工中,THR工艺的连接器也采用这种标准的包装形式,编带宽度一般在32mm和88mm之间。THR产品适用于大多数标准供料器。但是,对一些元件,特别是立式元件,有必要检查供料器所提供的半径,即在其进料和出料处查看是否合适。许多机器也具有处理华夫盘或管式包装

8、元件的功能,这些包装能够满足各种需求,包括专用的或“尚未定型”的元件。7 对贴片机的要求如图10所示,通常THR连接器尺寸较大,因此要求贴片机有足够的安装高度,即贴片头吸放高度应超过元器件安装高度,所需高度通常为2540mm。在贴片过程中,它们必须由摄像系统完全监控。引脚端与黑色绝缘体有明显对比度,因此元件能够实时地被测量并能准确定位。图10 贴片机贴装头的吸放高度必须大于元件高度贴片过程中还有一个参数也很重要,即元件的长度不能太长（如高针位的元件）。早期的自动贴片机,摄像系统长度方向的限制意味着不能实现超长连接器的安装。现在已开发出并排组装的“二合一”的连接器插座,如图11所示,它们可以并排

9、组装,合在一起即可达到所需要的引脚数,实现了高针位连接器的自动装配。图11 并排组装的“二合一”连接器插座8 检查焊炉是否适合THR工艺如图12所示,THR连接器可以在热风对流炉、气相焊回流炉和远红外回流炉中加工,应根据具体情况评估炉子的适用性。通常,在远红外回流炉中焊接THR连接器是有问题的,其原因在于它们的尺寸。如果尺寸较大,器件会遮蔽了焊接点,而本身却容易遭受强烈的热辐射。实际过程中,应根据不同问题采取相应的对策。图12 THR连接器在焊炉中加工采用气相炉焊接时,引脚应尽可能短,通常推荐1.5mm的引脚。如果引脚过长,焊膏可能会在气相炉内脱落,因为焊接介质会在它上面冷凝析出。9 选择合适

10、的温度分布曲线再次强调,应根据SMT元件来选择温度曲线,正是它们决定相应的温度范围。THR连接器必须在此曲线范围内完成焊接,DINEN61760-1标准规定的温度分布曲线可用来作为温度调节的依据,如图13所示。用于焊接THR连接器的温度曲线通常设置成最低与最高温度的中间值。因此它对热敏感元件没有危害,在焊接过程中不需要延长时间。图13 DINEN61760-1标准规定的温度分布曲线10 依据标准IPC-A-610C检查焊接状况对THR连接器可以根据IPC-A-610C标准检测。只要引脚在PCB上有突出部分,即可对焊接面的焊点进行评估。 如何通过THR工艺降低生产成本影响THR技术使用的一个关键问题是找出生产成本（低）和元件成本（高）这两者之间的平衡点。THR连接器比标准元件贵的原因是