PIP通孔回流技术

PIP 基本工艺制程
锡膏 印刷
通孔 填锡
插件
插件
回流 焊接
通孔回流组装步骤
B 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片 回流焊接
翻板
T 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片
另类做法
THD 插件
基本 做法
THD 插件
SMD 贴片
手工插件 回流焊接
简单，但工艺 不是最强！
通孔回流组装步骤
B 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片
可焊性
典型器件耐热规格
耐热性
使用标准
耐热性
JEDEC-020D 标准参考
IEC 60749-20 标准参考
240C（小器件） 235C（小器件）
标准的问题
IPC/JEDEC- 020D IEC- 60749 - 20
是防潮标准
UL- 94 是防燃/阻燃标准
适合插座的耐热标准是什么？
耐热性的评估保证
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。
PCB 镀层考虑
OSP 润湿性中等，不适合无法足够填充锡膏 的厚板；
NiAu 润湿性好，孔径尺寸控制好，但需要较 长加热；
HASL 润湿性良好，但孔径变化大，一般不推 荐使用在PIP技术上；
ImSn 润湿性良好，孔径控制好，适合PIP； ImAg 性能类似 ImSn 但成本较高。
PCB 孔径设计的考虑
小 锡膏需 求量少
下限： 插件质量保证
内径
大
容易
插件
上限：
锡膏工艺质量 保证
PCB 孔径设计的考虑
常见的参考例子…
有些厂家要求0.1mm。
PCB 孔径间隙经验值
下限
上限
插件、 物料精度 要求高！
尖脚确保插装容易以及 不推锡。
器件引脚长度
引脚长度是PIP关键因素 之一。 刚未伸出引脚长度（可接受）
刚伸出引脚长度（理想） 太长的引脚长度（不推荐）
引脚长度考虑
• 引脚太长会把锡膏推出太远无法润湿回位； • 额外的长度也占用了锡量（润湿外层）； • 推荐延伸长度在1~1.5mm范围； • 建议垂直度变化< 0.25mm （偏离中线）； • 供应商多以1.6和2.4mm板厚为依据； • 不同长度引脚需要不同DFM考虑！
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
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
您可以有三个层次… 1。索取和查询材料资料； 2。使用更相关测试标准； 3。内部测试。
保险做法
用户可能要自己认证！
器件耐热性是标准DFM工作…
工艺规范
耐热性：
• 最高温度/时间； • 整体承受热量； • 热冲击承受度。
（升/降温）
插件自动化的要求
SMT有高度的自动化能力，所以转PIP技术后 的插件也希望能自动贴装！
• 适当的外形结构（拾取和识别）； • 适当的重量（拾取和贴片）； • 适当的包装（自动供料）； • 严格的尺寸公差（插件精确）。
稍后更多分享…
PIP的工艺考虑
器件焊端的间距和悬空高度
厚度0.12- 0.2mm
锡膏
开口大
PCB
通镀孔
插件的间距和悬空 必须支持工艺要求！
器件悬空问题
悬空不足可能造成： • 焊球； • 通孔透锡困难； • 桥接。
• 局部加热；
（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。
尖脚，良好润湿力 长度窗口 = 1.5 - ( - 0.5mm）= 2.0mm • 一般供应商已1.6和2.4mmPCB厚度为依据， 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
必须配合器件、PCB和印刷工艺的考虑。 锡膏印刷一讲中更多分享…
有些供应商已经帮助用户研发DFM规则…
可以直接 认证引用！
第四部分 PIP 技术对锡膏印刷的要求
• 锡膏印刷工艺的挑战 • 增加锡膏量的做法 • 传统单次印刷的问题和强化 • 各种印刷方法的选择 • 真空辅助和密封刮刀技术 • 可能需要的工艺调制 • 二次印刷和双面印刷工艺 • PIP印刷对锡膏特性的要求 • 点锡膏技术的应用
采购标准器件引脚长度： 需要凸出焊点时： 1.5 mm 无需凸出焊点时： - 1.0 ~ 0 mm
失败的引脚案例
间隙太大
（锡膏量需求多）
引脚太长，无法收锡
器件耐热性问题
波峰焊只在底部接触热3秒，但…
高热量
耐热性不足的常用塑料
• Polyimide 聚酰亚胺 • Polysulfone 聚砜 • Thermoplastic polyester （PET）热塑性聚酯 • Phenolic 酚醛树脂
建议： • 间距 ≥ 2.0 mm • 排数 ≤ 2
不满足以上条件需要小心 进行DFM评估。一般要求 更大间距和悬空高度。
THD 引脚的可焊性
锡膏熔化
熔锡润湿
焊点形成
良好的回流填充有赖于焊端的可焊性！
PIP器件总结
第三部分 PIP 技术的工艺设计考虑
您将认识到…
• DFM 工作范围 • PCB 镀层考虑 • PIP 器件孔径/铜环设计 • 留空区设计 • 测试点设计
波峰焊接： 预先设置热，临时调整锡量
PIP焊接： 预先设置热和锡量 最不灵活
因此PIP技术对引脚结构尺寸等控制必须严谨！
PIP的工艺考虑
插件方向
未必填满，需要在插件入口印刷，插件时带动锡膏 渗透通孔。
必须关注：引脚截面和脚尖形状； 引脚长度。
器件引脚要求
多数器件不是为PIP工艺而设…
不适合PIP的引脚
足够耐热性的工业塑料
• Liquid Crystal Polymer (LCP) 液晶聚合物
• Polyphenylene Sulfide （PPS） 聚苯硫醚
• Polyethylene Cyclohexylene Terephthalate（PCT） 聚对苯二甲酸环己
• Polyphthalamide（PPA） 聚邻苯二甲
（有些器件如BGA和FPT不能布在波峰一面）
通孔回流技术的挑战
• THT器件未必适合回流工艺；
• 对DFM要求高； • 工艺较一般SMT
应用难（窗口小）；
• 焊点标准的更改 和认证；
• Flux 残留物较多。
通孔回流技术的质量元素
3外观元素：
• 两端透锡程度； • 焊点轮廓和表面状态； • 无周边污染（包括焊球、桥接等）；
T 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片
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。
PIP技术对器件的要求
注意：多数器件不是为PIP工艺而设…
常见问题：
• 引脚结构不适合PIP技术； • 器件封装本体的耐热性不足； • 器件封装和引脚不适合自动插件； • 器件底部悬空不足。
器件封装是阻碍使用PIP技术的一个主要问题！
PIP 与其他通孔焊接比较
手工焊接： 临时调整热和锡量 最灵活
结构和尺寸要求： • 方便插装； • 只需少量锡膏； • 不干扰锡膏；
材料要求： • 容易传热润湿；
三种不同截面引脚
三种不同截面引脚
通孔内径
引脚截面
形状
所需要锡量
基准
多36%锡量需求 多62%锡量需求
引脚尖端结构
PIP的通孔设计要求和引脚之间的间隙要小，所以 引脚尖端的锥形对插件十分重要…
不良 设计
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ຫໍສະໝຸດ Baidu。
（直接加工费用已经高，还有返修和调整修补费）
锡膏印刷的挑战
通孔焊点比起表贴焊点 有多倍的锡量需求…
锡膏中只有近一半的体 积是金属…
锡膏印刷的首要挑战： 如何在同一PCB上印出 大不同的锡膏量？
增加锡膏量的工艺做法
• 一次透锡印刷工艺（普通和封闭式刮刀）；
• 二次印刷技术；
适合 PIP的器件
好供应商有 考虑到悬空要求
Stand-off 悬空高度考虑
应保留最少0.4 mm 或 钢网厚度+ 0.15 mm
安全保守计算： 悬空高度
焊盘外 的延伸 锡膏量
器件插座/坐垫的使用
0.5mm悬空足够 支持一般的钢网
器件引脚间距
由于需要较大空间印刷锡膏或放置固态焊料，PIP 器件不适合使用多排、多脚和小间距的设计…
“通孔回流组装技术”讲座
第一部分： PIP 技术概述
内容大纲
第二部分：元器件考虑
第三部分：可制造性设计
第四部分：锡膏印刷
第五部分：自动插装 第六部分： 回流焊接
第七部分： 质量考虑与故障模式
第一部分 PIP 概述
• 使用 PIP 的场合与原因 • 几种插件焊接工艺的弱点 • PIP 的工艺原理 • PIP 工艺流程 • PIP 工艺的强弱点和挑战 • PIP 的质量元素与要点
PCB 铜环尺寸的考虑
考虑因素： • 电性要求（电流容量）； • PCB制造要求（供应商能力）；
一般供应商指定> 0.125~0.25mm环宽要求。
• 机械力要求（用户决定）。
手工、波峰工艺希望大，PIP角度越小越好！
Keep-out 留空区的考虑
为了避免印后锡膏受到不良干扰… 设计时必须指定 Keep-out 区！
其他替代工艺
由于波峰焊接存在弱点，业界开发其他替代工艺，
包括：
• 盖板 Pallet 辅助波峰工艺；
（免去胶水工艺，使用双面回流）
• 选择性波峰工艺；
• 压接技术；
• 通孔回流工艺；
• 手工焊接或机械手焊接；
• 其他定点焊接工艺（如激光等）。
为何使用 PIP 技术 ？
• 废除波峰焊接； • 简化工序； • 减少热处理。
优选：所有引线、开孔、丝印标签都避开。 可接受：所有引线、开孔都有绿油覆盖。
Keep-out 留空区的考虑
堵孔可能造
成回收和焊 绿油有不同 已知白墨表面
球问题
的表面张力 张力都太小
锡膏
PCB
通接孔
未堵孔会造 成吸锡问题
通镀孔
PIP技术大锡量要求 容易造成印刷上绿 油、标签和通接孔。
钢网设计是 DFM 作业之一…
成本效益
选择性波峰（托盘）的相对弱点
• 托盘成本；
（生产用、工艺调整和管理成本）
• 托盘影响组装密度； • 托盘限制灵活性；
（不能随时更改）
• 托盘维护保养资源。
（清洗、检察、报废等）
选择性波峰的相对弱点
• 初期投资高；
（设备投资）
• 额外的工艺和工序；
（知识管理、设备维护等资源）
• 需要编程和调制；
锡膏印刷 工艺要求高
必须使用 Preform
PCB 孔径设计的考虑
制造与组合公差考虑
考虑参数： • PCB 通孔中心位置精度 （A）; • PCB 通孔孔径精度 （B）; • 引脚中心位置精度 （C）; • 引脚直径精度 （D）; • 自动插件定位精度 （E）。
最终内径 > 引脚直径 + A2 + B2 + C2 + D2 + E2
（锡膏量和润湿性）
短引脚的使用
有商家推荐使用不伸出的短引脚…
强处： • 锡膏用量少，一次 印刷可以处理。
弱点： • 质量检验较困难； • 容易有 Flux 残留物覆盖，不利于测试 探针的使用；
引脚不能太短，必须占通孔的80%以上！
引脚的长度
• 从 - 0.5mm ~ 1.0mm 为佳； • 可以长至2.0mm（建议不超过1.5mm）