通孔再流焊工艺技术浅析

通孔再流焊工艺技术浅析
作者：张海澎王家波李晓松
来源：《科学导报·学术》2020年第17期
摘;要：通孔再流焊技术是将通孔元件结合到表面组装工艺的一种工艺方法，使用通孔再流焊即可以提高生产效率又可以节省设备和成本。

本文介绍了应用通孔再流焊的必要性和工艺过程，并对决定通孔再流焊焊接质量的两项关键技术：焊盘设计和锡膏涂覆工艺两项关键技术进行了详细的介绍和分析，具有一定的借鉴价值。

关键词：BGA;植球;CBG
1 通孔再流焊工艺的必要性
随着电子产品向小型化、高組装密度方向发展，电子组装技术也以表面贴装技术为主。

但在一些电路板中仍然会存在一定数量的通孔插装元器件，形成表面贴装元器件和通孔插装元器件共存的混装电路板。

传统组装工艺对于混装电路板的组装工艺是先使用表面贴装技术（SMT，Surface Mount Technology）完成表面贴装器件的焊接，再使用通孔插装技术（THT，Through Hole Technology）插装通孔元器件，最后通过波峰焊或手工焊来完成印制板的组装。

传统组装工艺流程图如图一所示。

采用传统组装工艺组装混装电路板的主要缺点是必须要为使用极少的通孔插装元件的焊接增加一道波峰焊接的工序。

另外波峰焊接技术被应用于过孔插装元件（THD）印制板组件的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易翘曲变形。

为了适应表面组装技术的发展，解决以上焊接难点，通孔再流焊接技术得到应用，可以实现一道工序完成焊接。

通孔再流焊接技术（THR，Through-hole Reflow），又称为穿孔再流焊PIHR（Pin-in-Hole Reflow）。

通孔再流焊技术是将焊膏印刷到电路板上，然后在贴片后插装通孔插装元器件，最后表面贴装元器件和通孔插装元器件共同通过再流焊炉，一次性完成焊接工艺。

通孔再流焊技术主要工艺步骤如图二所示。

通过图二我们可以得出，如果使用通孔再流焊技术，就可以在混装电路板上一次完成所有元器件的焊接，这样即可以减少工序提高生产效率，又可以节省波峰焊炉的设备成本。

2 通孔再流焊工艺过程
一般元件都可以加工成为表面贴装元件，但是部分异型元件，如连接器、变压器和屏蔽罩等，为了满足机械强度和大电流需要，仍然需要加工成为接插元件，通孔式接插元件有较好的焊点机械强度。

接插元件应用于通孔再流焊工艺时应考虑2个问题：一为并不是所有接插元件都可以满足通孔再流焊工艺需求，即元件材料不会因再流高温而破坏;二是虽然通孔式接插元件可利用现有的SMT设备来组装，但在许多产品中不能提供足够的机械强度，而且在大面积PCB 上，由于平整度的关系，很难使表面贴装式接插元件的所有引脚都与焊盘有一个牢固的接触，就需重新设计模板、再流焊温度曲线及引脚与开孔直径比例等。

通孔插装元件主体须离开线路板表面至少0.5 mm，防止元件插装前后焊膏发生移动。

元件引脚不要太长，通常长出板面1.0～1.5 mm 就可以。

此外，紧固件不可有太大的咬接力，因为表面贴装设备通常只支持10～20 N 的压接力。

通孔再流焊生产工艺流程与SMT 流程极其相似，即印刷焊膏于PCB 通孔焊盘，放置插装件，最后进行再流焊接。

3 通孔再流焊工艺关键技术
3.1 焊盘设计
通孔再流焊相邻的通孔间距要求至少2.54 mm或以上，目的防止相互之间产生连锡从而导致相邻的孔内少锡。

焊盘孔径设计要求见图3，其中d 为方形插针对角直径，di 为焊孔直径，dA 为焊孔外径。

焊孔直径设计要适当，当di2 mm时，焊膏容易从通孔漏掉造成空洞、少锡现象。

焊孔直径di 一般比插针直径d 大0.2～0.3 mm，如果连接器端子较少，焊孔直径可以稍小一些。

为增加焊膏量，焊孔外径一般比焊孔直径大30%～50%来补充，或焊盘设计为爪形，伸出的部分尽量长。

3.2;焊膏涂覆工艺
通孔再流焊技术的关键问题是由于焊点结构不同，导致通孔焊点所需焊膏量要比表面贴装焊点所需焊膏量大，采用模板印刷的方法不能同时满足通孔元件及表面贴装元件所需焊膏量。

要获得良好的焊接效果，就要确保通孔再流焊基板各通孔焊盘上焊膏量恰到好处，否则会出现填锡不足等缺陷，导致在机械载荷作用下焊点强度会降低。

模板厚度一定尺寸一定时，为了满足足够的焊膏量，一般可以通过改变印刷参数来控制或采用分级模板印刷技术。

模板如果太厚可以印刷两次，第一次专印通孔部分，第二次全部印刷一次。

焊膏印刷量与通孔的下表面保持水平即可，如果太多，当元件插入孔中时，一部分焊膏被挤出。

在未焊接前，这一部分锡可能会掉下来而带走孔中的一部分锡。

而通常我们追求的焊点形态不仅是填满通孔，钎料在引脚上还应有一定的爬升，在焊盘上形成一定的润湿圆角。

传统模板设计和焊膏印刷技术的有机结合，可以改善通孔再流焊印刷工艺，比如改进印刷图案，扩大印刷面积。