通孔元件再流焊工艺及部分问题解决方案实例92页PPT
通孔回流焊接的工艺技术
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）。
单元-再流焊接技术
4．激光再流焊 加热方法： 激光再流焊是一种新型的再流焊技术，它是利用激光
光束直接照射焊接部位而产生热量使焊膏熔化, 而形成良 好的焊点。 激光焊是对其它再流焊方式的补充而不是替代，它主要应 用在一些特定的场合。
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优点： • 可焊接在其他焊接中易受热损伤或易开裂的元 器件； • 可以在元器件密集的电路上除去某些电路线条 和增添某些元件，而无须对整个电路板加热； • 焊接时整个电路板不承受热应力，因此不会使 电路板翘曲； • 焊接时间短，不会形成较厚的金属间化物层， 所以焊点质量可靠。
外观
加热系统
控制系统
回
动力系统
流
炉 助焊剂管理
冷却系统
氮气系统 其他
再流焊类型 再流焊由于采用不同的热源，再流焊机有：热
板再流焊机、热风再流焊机、红外再流焊机、红外 热风再流焊机、汽相再流焊机、激光再流焊机等。
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1.对流/红外再流焊（简称：IR） 加热方法:采用红外辐射及强制热风对流的复合 加热方式。 优点： 可弥补下列问题 色彩灵敏度：基板组成材料和元件的包封材料 对红外线的吸收比例不同； 阴影效应：辐射被遮挡而引起的升温不匀。
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空气中的潮气在其表面产生水分，另外焊膏中的水分也 会导致锡珠形成。在贴装前将印制板和元器件进行高温 烘干作驱潮处理，这样就会有效地抑制锡珠的形成。夏 天空气温度高湿度大，当把焊膏从冷藏处取出时，一定 要在室温下放置4～5小时再开后盖子。否则在焊膏的界 面上形成水珠，水汽的存在容易产生锡珠 。 若采用无铅焊料，因为无铅焊料的抗氧化性差，焊膏中 氧化物含量会影响焊接效果，因为氧化物含量越高，金 属粉末熔化后结合过程中所受阻力就越大，再流时就不 利于金属粉末相节炉温及传送带速度两个参数来实 现。
异型元件装配中的通孔再流焊工艺
和元件拾放操作进行管理和加以控制。 绝大部分异型元件 为连接器、变压器和屏蔽罩 ，为 了满足机械强度和大电流的需要，它们都需要很牢固的 焊接 。所以，设计时多采用通孔元件。从生产的角度来 说 ，为了能连续、高效地组装线路板，需要可靠的和 自
Ｐ Ｐ对 元件 的要 求 Ｉ
为了使插装件可以再流焊接 ，要确保： ●元件材料不会因再流焊接的温度而遭破坏 ； ●元件须离开线路板表面一段距离 ，推荐的最小距
批 量 生产 中使 用 的滚送 式 送料 器 ， 引脚 的质 量很 敏感 ， 对 所 以要 小 心选 择这 个 方法 。
实 例
Ｓ ｈｕ ｅｇ ｒ（ｔ ｔ ｎ ｅ ｃ ｌｍｂ ｒｅ ｓ ．Ｅ ｉ ｎ ，法 国 ） ｅ
Ｓｈ ｍｂｒｅ Ⅵ ｗｓ ． ｍ）是一家在 １０ ｃｌ ｅ ｒ（ ， ．ｂ ｏ ｕ ｇ Ｗ ｌｃ ０ 多个国 家开展销售产品和服务业务并拥有 ６ ０ ０ ５ ０ 名雇员的国际 性技术公司。Ｓｈｕ ｂｒｅ ｃｌｍ ｅ ｒ的主要业务为石油领域 、自 ｇ 动测试设备 、智能卡及终端 、资源管理服务和电缆及无
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异型 元件 装 配 中的通孔再 流焊 工 艺
‘ ，Ｅｙ ｌ ｐ ｔ ｉ Ｃｅ ｔｏ ｉ ｔ ａ ｓｅｎ Ｅ ｌ ｎｘＬｄ ｒ
Ｔｅ ｉ ， ｒ ｅ ｌ Ａｖ ｖＩ ａ ｌ ｓ
Байду номын сангаас
通 孔再流 焊 （Ｉ ＇ ｉ— ． ａｔ Ｐ Ｐ ＰｎＩ Ｐ ｓ ） Ｎ ｅ
实施 ＰＰ摒弃了波峰焊接工艺和手工插装工位，线 都 会产 生焊珠 或 填 充焊料 不 足 。 Ｉ 路板装卸和元件的拾放操作是最少的 。实施 ＰＰ技术的 Ｉ 好处是 用简单的组装线就能完成所 有线路板组装。 实施 ＰＰ Ｉ 工艺 （ 所有的再流焊接）仅仅需要 ： ◆选择可以再流焊的元件； ●重新设计模板； ●重新确定再流焊温度曲线； 下面， 大家会看到可 以和不可以再流焊接的材料表。 注意聚对苯二甲酸 乙二脂可以再流焊 ，但是聚对苯二甲 酸丁二脂不可以。 同样需要注意的是此表 只是部分材料 ， 在实施 ＰＰ工艺之前还要检查元件规格书 。 Ｉ 适合再流焊接 的材料 ：邻苯二甲酸二烯丙脂、氟化 乙丙烯 、氯丁橡胶、尼龙 ６ 、全氟链烷氧基树脂 、酚 ／ ６ 醛、聚酰胺． 酰亚胺、聚芳砜、热固性聚脂塑料、聚酰亚
通孔元件再流焊工艺及部分问题解决方案实例
可用于再流焊的连接器
插装孔焊料填充要求 ＞75%
（2）：通过模局具将垫圈形焊料预制片预先套在引脚上 根据垫圈形焊料预制片的外径和内径加工一个与 连接器引脚（针）相匹配的模具→将预制片撒在模具上 振动，筛入模具的每个钻孔中→将连接器压入模具→收 回连接器时预制片就套在引脚上了。
4.2 通孔元Leabharlann 的焊膏施加量案例1 “爆米花”现象解决措施
•
受潮器件再流焊时， 在器件内部的气体膨胀使邦定点的根部“破裂”
平焊点
“爆米花”现象
PBGA器件的塑料基板起泡
“爆米花”现象机理:
水蒸气压力随温度上升而增加 温度 (°C) 190 200 210 220 230 240 250 260 水的蒸气压力(毫米) 9413.36 11659.16 14305.48 17395.64 20978.28 25100.52 29817.84 35188.0
4.6 焊点检测
• 通孔回流焊点要求与IPC-A-610波峰焊点的标准相同。 • 理想的填充率达到100%或至少75%以上。焊盘环的浸润 角接近360°或270°以上。
IPC-A-610D标准： Acceptable - Class 2 • Minimum 180° wetting present on lead and barrel, Figure 7-113. Acceptable - Class 3 • Minimum 270° wetting present on lead and barrel, Figure 7-114.
2. 通孔元件采用再流焊工艺的适用范围
• a 大部分SMC/SMD，少量(10~5%以下)THC的产 品。 • b 要求THC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240℃，无 铅要求260℃以上。 • c 电位器、铝电解电容、国产的连接器、塑封器件等不 适合再流焊工艺。（除非采用专用回流炉） • c 个别不能经受再流焊炉热冲击的元器件，可以采用后 附手工焊接的方法解决。
讲课稿-再流焊工艺
・增加焊锡量 ・防止材料的氧化 ・变更回流焊条件 ・变更适合母材的焊膏
・减少焊锡量 ・变更基板的垫圈形状 ・调整装载压 ・减缓升温速度
不良 锡球
位置偏移
部品浮起
立碑
照片
原因
・因经时变化，焊锡粉末氧化 ・加熱不足 ・焊膏的坍陷多
对策
・更换新焊膏 ・变更回流焊条件 ・减缓升温速度 ・减少焊锡量
再流焊区
在再流焊区的保温区，温度通常维持在150 ℃±10 ℃ 的区域。
此时焊膏处于熔化前夕，焊膏中的挥发物进一步被除去， 活化剂开始激活，并有效地去除焊接表面的氧化物。
SMA表面温度受热风影响，不同大小、不同质地的元器 件温度能保持均匀，板面温差达到最小值。
保温区曲线形态是评估再流焊炉工艺性的一个窗口。 保温时间一般为60~90s。
SMA进入再流焊区的焊接区后迅速升温，并超出 焊膏熔点约30 ~40℃，即板面温度瞬时达到 215~225 ℃（峰值温度），处在峰值温度的时间 为5~10s。
在焊接区，焊膏很快融化，并迅速润湿焊盘。随 着温度进一步升高，焊料表面张力降低，会爬至 元器件引脚的一定高度，并形成一个“弯月面”。
在焊接区，焊膏溶化后产生的表面张力能适度的 校准由贴片过程中产生的元器件引脚偏移；同时 也会由于焊盘设计不正确引起多种焊接缺陷，如 立碑、桥连等。
在生产过程中，你不必再调整刮刀压力、速度或其他的 丝网印刷参数。
因为程序完全由软件控制，你可以根据需要随时调整焊 膏量，也可以控制每个元件或个别焊盘的焊膏量，而这在传 统丝网印刷机中是无法实现的。
封闭式印刷技术
焊膏喷印技术
不良 焊锡不足 （かすれ）
通孔回流焊接工艺
开发通孔回流焊接工艺在过去三到四年期间，美国Alcatel公司(Richardson, TX)已经在作消除对尽可能多的混合技术PCB的波峰焊接需要的工作。
减少波峰焊接的计划已经提供了成本与周期时间的重要改善。
通孔回流焊接工艺的实施已经是该计划的一个必要部分。
该工艺涉及在通孔(through-hole)元件要插位置印刷锡膏。
这些元件然后在表面回流焊接炉之前安装，并与其它元件一起焊接。
适合该工艺的元件类型包括针栅阵列(PGA, pin grid array)、DIP(dual in-line package)和各种连接器。
初始结果能力分析(capability studies)Alcatel公司的工艺质量标准对所有通孔元件一直要求至少75%的通孔填充。
图一、通孔回流焊炉温度曲线焊接工业标准J-STD-001 B1 (第三类应用)要求垂直填充至少75%，并明显有良好的熔湿。
计算显示，假设将孔的尺寸从波峰焊接和手工焊接正常使用的减少，0.007"的模板可提供足够的焊锡满足这些要求。
通过使用一种为新工艺重新设计的波峰焊接产品电路板，对回流焊接炉提供必要温度曲线的能力进行了研究。
该电路板是10"x15.2" ，厚度0.093"，安装一个47-mm2的陶瓷PGA，以及一些典型的标准与密间距的表面贴装元件。
该炉子是标准的带有氮气的强制对流型的。
图一显示得到的温度曲线。
板上所有的点都在锡膏供应商对峰值温度和回流以上时间的规格内。
PGA引脚的温度实际上是两面相同的，尽管有元件的热质量(thermal mass)。
小型表面贴装电阻与PGA引脚之间的峰值温度之差只有9°C。
图二、塌落的锡膏沉积物初始实施当工艺在产品电路板实施时，遇到许多的问题。
由于焊锡对引脚的分布不均，有时要求焊接点的返工。
有些引脚特别少锡，而相邻的引脚又多锡。
其它的情况，大的锡“块”保留在引脚端上，因此由于孔内少锡而要求手工的补焊。
通孔再流焊接技术
通孔再流焊接技术1 引言目前PCB组装中，表面贴装元件约占800／0，成本为60％，而穿孔元件约占20％，成本为40％。
这种混合板采用传统再流焊技术是不能进行焊接，需采用再流焊与波峰焊两道工序。
然而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)。
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焊膏漏印到焊盘上，然后安装插装元件，最后插装元件与贴片元件同时通过再流焊完成焊接。
通孔再流焊在很多方面可以替代波峰焊来实现对插装元件的焊接，特别是在处理焊接面上分布有高密度贴片元件(或有线间距SMD)的插件焊点的焊接，这此采用传统的波峰焊接已无能为力，另外通孔再流焊能极大地提高焊接质量，这足以弥补其设备昂贵的不足。
通孔再流焊的出现，对于丰富焊接手段、提高线路板组装密度(可在焊接面分布高密度贴片元件)、提升焊接质量、降低工艺流程，都大有帮助。
2 通孔再流焊(THR＆PIP)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，表1为可(不可)用于再流焊工艺的元件材料汇总；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。
PIP通孔回流技术ppt课件
（业界对热冲击的负面影响仍存怀疑）
• 工艺速度慢。
（逐个焊点进行焊接）
手工焊接的相对弱点
• 工艺能力较回流技术差；
（手工Cpk往往不足1.0，dpmo较高）
• 工艺相对回流技术较不稳定；
（技术和人工不稳定因素，dpmo的变化较大）
• 手工效率较低；
手工在PIP技术中成本优势逐渐减少。只用在难以 回流和插装的场合。或做为补焊辅助工艺。
时波峰焊接工艺 的效益很低；
管理、质量和效益都不理想！
波峰工艺的相对弱点
• 工艺能力较回流技术差；
（工艺较难控制，dpmo较高）
• 工艺相对回流技术较不稳定；
（需要较多较常调整，dpmo的变化较大）
• 波峰工艺还需要多一道胶水工艺；
（包括胶水应用和固化）
• 混装工艺一般成本较高。
（直接加工费用
另类做法
THD 插件
良好的锡量 控制做法！
回流焊接
THD 插件
SMD 贴片
锡膏注射 翻板
手工插件 回流焊接
适用于低悬空，小 间距插件。
通孔回流技术的强点
• 单一焊接工艺和技术应用； • 使用工艺性较强的回流技术； • 较低成本 （工序、设备、质量）； • 较波峰焊更高的组装密度； • 两面布局的灵活性。
3内部元素：
• 足够的通孔填充程度； • 适当IMC的形成状态； • 无过量的空洞和气孔。
PIP 工艺质量要点
足够的锡膏量
不过度干扰锡膏 润湿回收
锡膏 印刷
通孔 填锡
插件
插件
回流 焊接
第二部分 PIP 技术对器件的要求
您将认识到…
• 器件引脚的要求 • 器件耐热性的要求 • 器件插装的要求 • 器件悬空的要求 • 器件可焊性的要求
再流焊常见缺陷的成因及解决办法
此 外 ，设计 焊盘 时 ，在 保证焊 点强 度的前提 下 ．焊盘
尺 寸应 尽可 能小 ，这 是 因 为焊盘尺 寸减 小后 ，焊 膏的涂 覆 量 相 应 减 少 ，焊 膏 熔 化 时 的表 面 张 力也 随 之减 小 ， “ 立
碑 ”现 象 就 会 大 幅 度 下 降 。
３桥 接 的产 生及 解 决办 法
桥 接经 常 出现在 细 间距 元器 件 引脚问或 间距较 小的 片 式 元件 间 ，桥 接的 产 生会 严重 影响 产 品的性能。通 常 产生 桥接 的主要 原 因有 以下 几种 。 （ 下转第８ 页）
（） ２ 焊盘 尺 寸设计 不合理 。
若 片式元 件 的一对 焊盘 不对称 ．会 引起 漏 印的焊 膏量
ａ ｎ左 ｒｉ 右 。其 次 。再 流焊 接预热 阶 段 温度 上升 速 度 过快 。
使 焊膏 内部 的 水分 、溶剂 未 完全 挥 发 出来 ，到达 再 流 焊温
另一类是由手相关制造工艺不当而造成的润湿性差。
本 文将 对后 一 类作 重点 分析 。 （） １ 模板 的开 孔 过 大或 变形 严 重 。过 大 的 开孔 或 变形
润湿 ，则液 态焊 料不会 收缩 并填 满焊缝 。
否 则 ，润湿 很差 ．液 态焊料 会 因收缩 而使 焊缝 填 充不
充分 ，部 分 液态 焊料会 从焊 缝流 出 。在 接合 点外部 形 成焊
料球 。 １ ２形 成 原 因及 解 决 措 施 ．
ห้องสมุดไป่ตู้
而且挥 发 很少 ．不 仅 不 能 去除焊 盘和 焊 料颗 粒表 面 的 氧化 膜 ，而且 不能 从焊 膏 粉 末 中上升 到 焊料 表面 。改善 液 态 焊
常见的焊接缺陷及其处理方法PPT
多层焊时,加强焊接过程的层道清理，仔细观察坡口两侧熔化情况,每一层 都要认真清理焊渣。 使用合适规格的焊条、选用适宜的坡口形式及尺寸。
提高焊工的操作技术水平。
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W18Cr4V（高速工具钢）-45钢棒 对接电阻焊缝中的夹渣断口照片
1.2.2焊接气孔
➢ 定义
焊接时，熔池中的气体在金属凝固时未能逸出而形成的空穴。
气孔分类
焊缝气孔有三种：氢气孔、一氧化碳气孔、氮气孔。
氢气孔： 高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池中，而焊 缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。 一氧化碳气孔：当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在熔池温度下降时，将发
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着色探伤显示产生的裂纹
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二、焊接裂纹的一般原因
与母材的化学成分、结晶组织、冶炼方法等有关。如钢的含碳量
越高或合金量越高，钢材的硬度就越高，通常越容易在焊接时产生裂
纹。
焊接时冷却速度高容易产生裂纹。所以焊接时应避开风口和避免被 雨水淋湿。在焊接中，高碳钢或合金钢时，要根据母材的成分或特 性，有的要采取加热保温措施后方可施焊。
焊接时周围ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环境温度低，或在风口散热条件过好造成散热过快也会引起裂纹。
分类 热裂纹、冷裂纹（氢致裂纹）、焊后热处理裂纹（再热裂纹）及延性不 足裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹等 。
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三、焊接裂纹的分类
按温度范围和机理进行的焊接裂纹的分类
氢致裂纹
PIP通孔回流技术ppt-课件
所以约1.2~3.5mm PCB都可以选择到适当的。
引脚长度建议
自家成型器件引脚长度： 需要凸出焊点时： 1.2 mm 无需凸出焊点时： - 0.5 ~ 0 mm
DFM 的工作范围
PIP的DFM 作业最少包括：
• 器件的评估选择； • PCB 材料选择和厚度决定； • PCB 通孔和铜环的设计； • 钢网厚度和开口等的设计。
OSP NiAu HASL ImSn ImAg
PCB 镀层考虑
润湿性中等，不适合无法足够填充锡膏 的厚板； 润湿性好，孔径尺寸控制好，但需要较 长加热； 润湿性良好，但孔径变化大，一般不推 荐使用在PIP技术上； 润湿性良好，孔径控制好，适合PIP； 性能类似 ImSn 但成本较高。
焊接组装技术历程
接线时代
• 查尔斯·杜卡斯 Charles Ducas 1925（印墨）
• 保罗·艾斯勒 Paul Eisler 1943 （蚀刻。1936开始初版）
SMT - 1960s 自动波峰焊 - 1970s
高密度多层板
保罗·艾斯勒
传统混装 PCBA 工艺
技术弱点： • 工艺工序多； • 3次加热处理； • 但THD越来越少
• 足够的通孔填充程度； • 适当IMC的形成状态； • 无过量的空洞和气孔。
PIP 工艺质量要点
足够的锡膏量
不过度干扰锡膏 润湿回收
锡膏 印刷
通孔 填锡
插件
插件
回流 焊接
第二部分 PIP 技术对器件的要求
您将认识到…
• 器件引脚的要求 • 器件耐热性的要求 • 器件插装的要求 • 器件悬空的要求 • 器件可焊性的要求
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通孔元件再流焊工艺及部分问题解决 方案实例
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈