通孔元件再流焊工艺及部分问题解决方案实例

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。
• 5a级 ≤30℃，<60%RH 24小时 • （1）设计在明细表中应注明元件潮湿敏感度 • （2）工艺要对潮湿敏感元件做时间控制标签 • （3）对已受潮元件进行去潮处理
“爆米花”现象解决措施
（a）器件供应商正在努力争取2600C的MSL3目标，但达到 此目标需要时间，目前我们只能继续使用2200C MSL3的 器件。因此必须采取仔细储存、降级使用，将由于吸潮 器件失效的风险减到最少。
SMD潮湿敏感等级
• 敏感性 时间） • 1级 • 2级 • 2a级 • 3级 • 4级 • 5级 ≤30℃，<90%RH ≤30℃，<60%RH ≤30℃，<60%RH ≤30℃，<60%RH ≤30℃，<60%RH ≤30℃，<60%RH 无限期 1年 4周 168小时 72小时 48小时 芯片拆封后置放环境条件 拆封后必须使用的期限 （标签上最低耐受
• 典型共晶SnPb回流峰值温度为2200C ，水蒸气压力约 17396毫米。无铅焊SnAgCu的熔点2170C，即便一块相 对小的记忆卡或手机板也需要230~2350C的峰值温度， 而大而复杂的产品可能需要250~2600C。此点水蒸气压 力为35188 毫米，是2200C时的两倍 ，因此任何焊接 前吸潮的器件在回流焊过程中都会造成损坏的威胁。 • 根据经验，如果SnPb器件定级为MSL3，无铅制程时将 至少减到MSL4。
通孔元件再流焊工艺
• 目前绝大多数PCB上通孔元件的比例只占元 件总数的10~5%以下，采用波峰焊、选择性 波峰焊、自动焊接机器人、手工焊以及压接 等方法的组装费用远远超过该比例，而且组 装质量也不如再流焊。因此通孔元件再流焊 技术日渐流行。
1. 通孔元件采用再流焊工艺的优点 （与波峰焊相比）
a 可靠性高，焊接质量好，不良比率DPPM可低于20 。 b 虚焊、桥接等焊接缺陷少，修板的工作量减少。 C 无锡渣的问题，PCB板面干净，外观明显比波峰焊好。 机器为全封闭式，干净，生产车间里无异味。 d 简化工序，节省流程时间，节省材料，设备管理及保养 简单，使操作和管理都简单化了。 e 降低成本，增加效益（厂房、设备、人员）。
裂痕 PCB热应力会损坏元件
拼板设计元件排列不恰当，分割时产生 裂损 • B=D 最好 • 其次C • A最差
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
案例3
•
连接器断裂问题
连接器断裂问题
再流焊后 助焊剂将插 销粘在连接器的导槽内,使 插销拉出时,稍微用力过猛 就会将插销拉断。 解决方案： ①可在再流焊前，预先 将插销拉出； ②另一方法焊后用溶剂 溶解清洗助焊剂。
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.
4.3 必须采用短插工艺
• 元件的引脚不能过长，长引脚也会吸收焊膏量，针长 要与PCB厚度和应用类型相匹配，插装后在PCB焊接 面的针长控制在1~1.5mm。 • 控制元件插装高度，元件体、特别是连接器的外壳不 能和焊膏接触。 • 紧固件不要太大咬接力，因为贴装设备通常只支持 10~20牛顿的压接力。
方法2 点胶机滴涂
焊膏
方法3 模板印刷
方法4：印刷或滴涂后 + 焊料预制片
• 采用焊料预制片的优点： 预制片是100%合金冲压出来的 • THC的焊膏量比SMC/SMD的焊膏量多许多。 • 当THC引出端子较少时可使用增加模板厚度和开口尺寸 的措施，点焊膏工艺时增加焊膏量的方法。 • 当THC引出端子较多时，例如PGA矩阵连接器的端子 （针）很多，如果增加模板厚度会影响印刷质量，如果 增大开口尺寸受到引脚间距的限制会引起焊膏粘连，导 致大量的锡珠。 • 当焊膏量不能满足要求时，采用焊料预制片能实现在增 加焊膏量的同时避免焊膏粘连和锡珠的产生。
（b）严格的物料管理制度 • 建立潮湿敏感元件储存，使用，烘烤规则的B0M表。 • 领料时进行核对器件的潮湿敏感度等级。 • 对于有防潮要求的器件，检查是否受潮，对受潮器件进行 去潮处理。 • 开封后检查包装内附的湿度显示卡，当指示湿度＞20％ （在23℃±5℃时读取）,说明器件已经受潮，在贴装前需 对器件进行去潮处理。去潮的方法可采用电热鼓风干燥 箱，根据潮湿敏感度等级在125±1℃下烘烤12~48h。
金手指沾锡问题
原因： ①PCB化学镀金后清洗不良 ②印刷机支撑顶针上的残留焊膏 ③钢板底部污染 ④环境污染 ⑤再流焊升温速度过快 ⑥PCB受潮
（c）另一解决措施。 选择具有优良活性焊剂的 SnAgCu焊膏，通过优化再流焊工艺，将峰值温度降 到最低（ 230~2400C ），在接近Sn63/Pb37，在回 ）， 流峰值仅高于Sn63/Pb37温度100C的情况下，将由 于吸潮器件失效的风险减到最少。 (d) 再流焊时缓慢升温（轻度受潮时有一定效果）。
• THC的焊膏量由通孔的体积决定。 • 除了有PCB上、下焊盘外，还有PCB厚度方向的通孔需要 填满焊料，而且在元件引脚（针）与PCB两面焊盘的交接 处还要形成半月形的焊点，因此需要的焊膏量约比 SMC/SMD的焊膏量多3~4倍。 焊膏量与PCB插孔直径 及焊盘大小成正比关系。 • 可使用增加模板厚度、开口形状和尺寸等措施，采用点 焊膏工艺时，也要掌握好适当多的焊膏量。
4.7 不耐高温的元件采用手工焊接
• 如铝电解电容、国产塑封器件应采用后附手 工焊接的方法来解决。
二.部分问题解决方案实例
• • • • • • • 案例1 案例2 案例3 案例4 案例5 案例6 案例7 “爆米花”现象解决措施 元件裂纹缺损分析 连接器断裂问题 金手指沾锡问题 抛料的预防和控制 0201的印刷和贴装 QFN的印刷、贴装和返修
4.4 THC的焊盘设计的特殊要 求
• a. 需要根据引出脚的直径设计插孔直径，孔径不能太 大，大孔径会增加焊膏的需求量，建议手工插装孔直径 比针直径大20% （ 0.125mm ），机器自动插装孔比 针直径大20~50%，较少端子时插装孔直径可小一些。 • b. 插装孔两面的焊盘也不能太大，大焊盘也会增加焊 膏的需求量。
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
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 通孔元件的焊膏施加量
通孔元件再流焊工艺的应用实例
• 彩电调谐器 • CD，DVD激光机芯伺服板以及DVD-ROM伺服板 • 笔记本电脑主板 ......等等
3 . 对设备的特殊要求
• 3.1 印刷设备 双面混装时，需要用特殊的立体式管状印刷机 或焊膏滴涂机。有时也可以采用普通印刷机。
3.2 再流焊设备
a 由于SMC/SMD焊接面在顶面，而THC的焊接面在底 面，要求各温区上、下独立控制温度, 底部温度需要调 高。设备的顶部可采用一些白色、光亮（反光）材料； 或采用白色、光亮（如锡箔、铝箔）材料加工专门的焊 接工装。 b 由于通孔元件焊锡量多，热容量大，要求炉温高一些。 c 专用再流焊设备. d 有时也可以采用原来的再流焊设备。
去潮处理注意事项：
• a 应把器件码放在耐高温(大于150℃) 防静电塑料 托盘中进行烘烤； • b 烘箱要确保接地良好，操作人员手腕带接地良好 的防静电手镯； • c 操作过程中要轻拿轻放，注意保护器件的引脚， 引脚不能有任何变形和损坏。
对于有防潮要求器件的存放和使 用：
• 开封后的器件和经过烘烤处理的器件必须存放在相 对湿度≤20％的环境下（干燥箱或干燥塔），贴装 时随取随用；开封后，在环境温度≤30℃，相对湿 度≤60％的环境下，在规定时间内完成贴装；当天 没有贴完的器件，应存放在23±3℃、相对湿度 ≤20％的环境下。
与波峰焊相比的缺点
(1) 焊膏的价格成本相对波峰焊的锡条较高。 (2) 有些工艺需要专用模板、专用印刷设备和回流炉，价 格较贵。而且不适合多个不同的PCBA产品同时生产。 (3) 传统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、铝电解电容等可能 由于高温而损坏。（如果采用专用回流炉，元件表面最 高温度可以控制在120~150℃。因此一般的电解电容， 连接器等都无问题）
锡量
焊料量过大时，或两端焊接料量差异较大时，由 焊料冷却固化时收缩，产生横向拉应力，会引起纵向 裂纹的产生。
贴片压力过大产生裂痕或应力
吸嘴压力过大
吸嘴压痕
焊后产生裂纹
热冲击所造成的裂痕
元件、PCB、焊点之间热膨胀系数不匹配； 元件 PCB翘曲，或焊接过程中变形； 再流焊升温、降温速度过快； 陶瓷CTE ：3~5 ppm/℃ PCBCTE ：＜20 ppm/℃ 焊点CTE：~18 ppm/℃
SMT工艺技术改进:
通孔元件再流焊工艺 及 部分问题解决方案实例
• 工艺改进不仅给企业带来生产效率和 质量，同时带来工艺技术水平的不断 提高和进步。
内容
1. 通孔元件再流焊工艺 2. 部分问题解决方案实例
一. 通孔元件再流焊工艺
• 把引脚插入填满焊膏的插装孔中，并用回流 法焊接。可以替代波峰焊、选择性波峰焊、 自动焊接机器人、手工焊。
案例2 元件裂纹缺损分析
•
元件裂纹缺损分析
•设计 •锡量 •PCB翘曲 •贴片产生的应力 •热冲击 •弯折产生的机械应力 •印制板分割引力 •运输及装配过程所形成
电容器微裂会造成短路 全裂会造成断路
陶瓷电容器微裂会造成短路 全裂会造成断路 MLC结构 • 是由多层陶瓷电容器并联层叠起来组成的。
4.5 通孔回流焊接技术
• 要保证焊点处的最佳热流。 • 当达到焊料的熔点温度时，通常在引脚底部（针尖） 处的焊料熔化并浸润引脚（针）时，由于毛细作用， 使液体焊料填满通孔。
再流焊温度曲线
•
温度曲线要根据PCB上元件的布局、THC和回流 炉的具体情况进行调整。炉子导轨上面的温度要尽 量调低，炉子导轨下面的温度应适当提高。找出既 能保证PCB下面焊点质量，又能保证PCB上面的分 立元器件不被损坏的最佳温度和速度。
4. 工艺方面的特殊要求
• 4.1 施加焊膏有四种方法 • 管状印刷机印刷 • 点胶机滴涂 • 模板印刷 • 印刷或滴涂后 + 焊料预制片
各种施加焊膏方法的应用
• a 单面混装时可采用模板印刷、管状印刷机印刷或 点焊膏机滴涂。 • b 双面混装时,因为在THC元件面已经有焊接好的 SMC/SMD，因此不能用平面模板印刷焊膏，需要 用特殊的立体式管状印刷机或点焊膏机施加焊膏。 • c 当焊膏量不能满足要求时可采用印刷或滴涂后 + 焊料预制片。