通孔再流焊技术

通孔再流焊接技术

王修利1，史建卫2，钱乙余1，柴勇2

（1.哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点试验室，黑龙江，哈尔滨，150001

2.日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳，518103）

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，虽然存在不足之处，但是通过适当的工艺设计和工艺过程控制，通孔再流焊焊点质量与可靠性是可以与传统替代工艺相媲美的。

关键词：强制热风再流焊；通孔再流焊；钎料填充率；剥离；批量挤压式印刷工艺Through Hole Reflow Soldering Technology

Wang Xiuli1, Shi Jianwei2, Qian Yiyu1, Chai Yong2

( 1.Harbin Institute of Technology, Harbin, 150001, China

2.Sun East Electronic Technology Company Lt.d, Shenzhen, 518103 China )

Abstract: Through hole reflow soldering is a way that combine through hole components with SMT. Although there are many disadvantages, solder joint quality and reliability of THR equal to traditional process instead by controlling design and process properly.

Key words: Forced Hot Air Reflow Soldering; Through Hole Reflow (THR) or Pin In Paste (PIP); Filling Ratio of Solder; Fillet Lifting; PumpPrinting Technology

目前PCB组装中，表面贴装元件约占80%，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，这是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[1]。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。

1.通孔再流焊（THR & PIP）工艺过程

作者介绍：王修利（1983-），男，硕士研究生，主要从事软钎焊、SMT工艺与设备方面的研究

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两个问题：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。

通孔插装元件主体须离开线路板表面至少0.5mm ，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1.0～1.5mm 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牛顿的压接力[3]。

表1 常用元件制造材料与再流焊工艺的兼容性 适合再流焊接材料

不适合再流焊接材料 邻苯二甲酸二烯丙脂、氟化异丙醇、氯丁橡胶、尼龙

6/6、全氟莲烷氧基树脂、酚醛、聚酰胺-酰亚胺、聚

芳砜、热固性聚脂塑料、聚酰亚醚、聚醚砜、聚对苯

二甲酸乙二脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、聚四氟

乙烯硅树脂 ABS 树脂、缩醛聚合物、丙稀、醋酸-丁酸纤维素、聚对苯二甲酸丁二脂、聚丁烯、聚碳酸脂、聚乙烯、聚苯烯、聚苯烯、聚丙烯、聚苯乙烯

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，再流焊接。图1为一单面通孔再流焊工艺过程示意图。无论对于单面混装板还是双面混装板，流程都相同[2]。

图1 通孔再流焊工艺过程

2.通孔再流焊焊盘设计

通孔再流焊相邻的通孔间距要求至少2.54mm 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2，其中d 为方形插针对角直径，d i 为焊孔直径，d A 为焊孔外径。焊孔直径设计要适当，当d i <1mm 时，焊膏印刷量易出现不足，而且如果元件是在板上过炉的话，空洞与少锡的现象会更严重，如果元件是在板下过炉的话，可以加大通孔PAD 直径或边长来补充锡量，这样一般不太会有空洞和少锡现象[4]；当d i >2mm 时，焊膏容易从通孔漏掉造成空洞、少锡现象。焊孔直径d i 一般比插针直径d 大0.2～0.30mm ，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。