通孔回流工艺解析经典版

通孔回流焊接的作用

一.什么叫通孔回流焊接技

在传统的电子组装工艺中，对于安装有过孔插装元件采用波峰焊接技术。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；

PCB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高精密度电子组装技术的发展。为了适应这种高精密度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(THRThrough-holeReflow)，又称为穿孔回流焊PIHR(Pin-in-HoleReflow)。该技术原理是在PCB板完成贴片后，使用一种安装有许多针管的特殊钢网模板，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。从中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，节省了人工费用，在效率上也得到了提高；其次回流焊相对于波峰焊，产生桥接的可能性要小的多，这样就提高了一次通过率。穿孔回流焊相对传统工艺在生产效率、先进性上都有很大优势。通孔回流焊接技术起源于日本SONY公司，20世纪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。

通孔回流焊有时也称作分类元件回流焊，正在逐渐兴起。它可以去除波峰焊环节，而成为PCB混装技术中的一个工艺环节。通孔回流焊最大的好处就是可以在发挥表面贴装制造工艺的优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械联接强度。对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触，同时，就算引脚和焊盘都能接触上，它所提供的机械强度也往往是不够大的，很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。尽管通孔回流焊可发取得偿还好处，但是在实际应用中通孔回流焊仍有几个缺点，锡膏量大，这样会增加因助焊剂的挥了冷却而产生对机器污染的程度，需要一个有效的助焊剂残留清除装置。通孔回流焊另外一点是许多连接器并没有设计成可以承受通孔回流焊的温度，早期通孔回流焊基于直接红外加热的回流焊炉子已不能适用，这种回流焊炉子缺少有效的热传递效率来处理一般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在一块PCB上的能力。只有大容量的具有高的热传递的强制对流通孔回流焊炉子，才有可能实现通孔回流，并且也得到实践证明，剩下的问题就是如何保证通孔中的锡膏与元件脚有一个适当的回流焊温度曲线。随着工艺与元件的改进，通孔回流焊也会越来越多被应用。影响回流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，将从多个方面来进行探讨。

二．通孔回流焊接工艺的特点

1. 通孔回流焊与波峰焊相比的优点

(1)通孔回流焊焊接质量好，不良比率PPM(百万分率的缺陷率)可低于20。

(2)虚焊、连锡等缺陷少，返修率极低。

(3)PCB布局的设计无须像波峰焊工艺那样特别考虑。

(4)工艺流程简单，设备操作简单。

(5)通孔回流焊设备占地面积少，因其印刷机及回流炉都较小，故只需较小的面积。

(6)无锡渣问题。

(7)机器为全封闭式，干净，生产车间里无异味。

(8)通孔回流焊设备管理及保养简单。

(9)印刷工艺中采用了印刷模板，各焊接点及印刷的焊膏量可根据需要调节。

(1O)在回流时，采用特别模板，各焊接点的温度可根据需要调节。

2. 通孔回流焊与波峰焊相比的缺点：

(1)此工艺由于采用了焊膏，焊料的价格成本相对波峰焊的锡条较高。

(2)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。

(3)通孔回流焊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。

3 回流焊温度曲线

温度曲线的建立是指SMA通过回流焊炉时，SMA上某一点的温度随时间变化的曲线。温度曲线提供了一种直观的方法，来分析某个元件在整个回流焊过程中的温度变化情况。这对于获得最佳的可焊性，避免由于超温而对元件造成损坏，以及保证焊接质量都非常有用。温度曲线采用炉温测试仪来测试，目前市面上有很多种炉温测试仪供使用者选择。

4 回流焊预热区

该区域的目的是把室温的PCB尽快加热，以达到第二个特定目标，但升温速率要控制在适当范围以内，如果过快，会产生热冲击，电路板和元件都可能受损；过慢，则溶剂挥发不充分，影响焊接质量。由于回流焊加热速度较快，在回流焊温区的后段SMA内的温差较大。为防止热冲击对元件的损伤，一般规定回流焊最大升温速度为4℃/s。然而，通常上升速率设定为1-3℃／s。典型的升温速率为2℃／s。将线路板由常温加热到100～140℃，目的是线路板及焊膏预热，避免线路板及焊膏在回流区受到热冲击。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。

5 回流焊保温段

保温段是指回流焊温度从120℃-150℃升至焊膏熔点的区域。其主要目的是使SMA内各元件的温度趋于稳定，尽量减少温差。在这个区域里给予足够的时间使较大元件的温度赶上较小元件，并保证焊膏中的助焊剂得到充分挥发。到回流焊保温段结束，焊盘、焊料球及元件引脚上的氧化物被除去，整个电路板的温度达到平衡。应注意的是SMA上所有元件在这一段结束时应具有相同的温度，否则进入到回流段将会因为各部分温度不均产生各种不良焊接现象。

6 回流焊回流区(主加热区)

在回流焊这一区域里加热器的温度设置得最高，使组件的温度快速上升至峰值温度。在回流段其焊接峰值温度视所用焊膏的不同而不同，一般推荐为焊膏的熔点温度加上20-40℃。对于熔点为183℃的63Sn／37Pb焊膏和熔点为179℃的Sn62／Pb36／Ag2焊膏，峰值温度一般为210-230℃，再流时间不要过长，以防对SMA造成不良影响。理想的温度曲线是超过焊锡熔点的“尖端区”覆盖的面积最小。温度上升到焊膏熔点，且保持一定的时间，使焊膏完全熔化，回流焊最高温度在200～230℃。在178℃以上的时问为30～40s。

7 回流焊冷却区

回流焊这段中焊膏内的铅锡粉末已经熔化并充分润湿被连接表面，应该用尽可能快的速度来进行冷却，这样将有助于得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度。缓慢冷却会导致电路板的更多分解而进入锡中，从而产生灰暗毛糙的焊点。在极端的情形下，它能引起沾锡不良和减弱焊点结合力。回流焊冷却段降温速率一般为3-10℃／s，冷却至75℃即可。借助回流焊冷却风扇，降低焊膏温度，形成焊点，并将线路板冷却至常温。

三。生产过程中易产生不良现象

1.桥联

回流焊焊接加热过程中也会产生焊料塌边，这个情况出现在预热和主加热两种场合，当预热温度在几十至一百度范围内，作为焊料中成分之一的溶剂即会降低粘度而流出，如果其流出