通孔再流焊工藝技術(shù)淺析

張海澎 王家波 李曉松

摘?要：通孔再流焊技術(shù)是將通孔元件結(jié)合到表面組裝工藝的一種工藝方法，使用通孔再流焊即可以提高生產(chǎn)效率又可以節(jié)省設(shè)備和成本。本文介紹了應(yīng)用通孔再流焊的必要性和工藝過程，并對(duì)決定通孔再流焊焊接質(zhì)量的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：焊盤設(shè)計(jì)和錫膏涂覆工藝兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析，具有一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：BGA;植球;CBG

1 通孔再流焊工藝的必要性

隨著電子產(chǎn)品向小型化、高組裝密度方向發(fā)展，電子組裝技術(shù)也以表面貼裝技術(shù)為主。但在一些電路板中仍然會(huì)存在一定數(shù)量的通孔插裝元器件，形成表面貼裝元器件和通孔插裝元器件共存的混裝電路板。傳統(tǒng)組裝工藝對(duì)于混裝電路板的組裝工藝是先使用表面貼裝技術(shù)（SMT，Surface Mount Technology）完成表面貼裝器件的焊接，再使用通孔插裝技術(shù)（THT，Through Hole Technology）插裝通孔元器件，最后通過波峰焊或手工焊來完成印制板的組裝。傳統(tǒng)組裝工藝流程圖如圖一所示。

采用傳統(tǒng)組裝工藝組裝混裝電路板的主要缺點(diǎn)是必須要為使用極少的通孔插裝元件的焊接增加一道波峰焊接的工序。另外波峰焊接技術(shù)被應(yīng)用于過孔插裝元件（THD）印制板組件的焊接有許多不足之處：不適合高密度、細(xì)間距元件焊接;橋接、漏焊較多;需噴涂助焊劑;印制板受到較大熱沖擊易翹曲變形。

為了適應(yīng)表面組裝技術(shù)的發(fā)展，解決以上焊接難點(diǎn)，通孔再流焊接技術(shù)得到應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)一道工序完成焊接。通孔再流焊接技術(shù)（THR，Through-hole Reflow），又稱為穿孔再流焊PIHR（Pin-in-Hole Reflow）。通孔再流焊技術(shù)是將焊膏印刷到電路板上，然后在貼片后插裝通孔插裝元器件，最后表面貼裝元器件和通孔插裝元器件共同通過再流焊爐，一次性完成焊接工藝。

通孔再流焊技術(shù)主要工藝步驟如圖二所示。

通過圖二我們可以得出，如果使用通孔再流焊技術(shù)，就可以在混裝電路板上一次完成所有元器件的焊接，這樣即可以減少工序提高生產(chǎn)效率，又可以節(jié)省波峰焊爐的設(shè)備成本。

2 通孔再流焊工藝過程

一般元件都可以加工成為表面貼裝元件，但是部分異型元件，如連接器、變壓器和屏蔽罩等，為了滿足機(jī)械強(qiáng)度和大電流需要，仍然需要加工成為接插元件，通孔式接插元件有較好的焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度。接插元件應(yīng)用于通孔再流焊工藝時(shí)應(yīng)考慮2個(gè)問題：一為并不是所有接插元件都可以滿足通孔再流焊工藝需求，即元件材料不會(huì)因再流高溫而破壞;二是雖然通孔式接插元件可利用現(xiàn)有的SMT設(shè)備來組裝，但在許多產(chǎn)品中不能提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度，而且在大面積PCB 上，由于平整度的關(guān)系，很難使表面貼裝式接插元件的所有引腳都與焊盤有一個(gè)牢固的接觸，就需重新設(shè)計(jì)模板、再流焊溫度曲線及引腳與開孔直徑比例等。

通孔插裝元件主體須離開線路板表面至少0.5 mm，防止元件插裝前后焊膏發(fā)生移動(dòng)。元件引腳不要太長，通常長出板面1.0～1.5 mm 就可以。此外，緊固件不可有太大的咬接力，因?yàn)楸砻尜N裝設(shè)備通常只支持10～20 N 的壓接力。

通孔再流焊生產(chǎn)工藝流程與SMT 流程極其相似，即印刷焊膏于PCB 通孔焊盤，放置插裝件，最后進(jìn)行再流焊接。

3 通孔再流焊工藝關(guān)鍵技術(shù)

3.1 焊盤設(shè)計(jì)

通孔再流焊相鄰的通孔間距要求至少2.54 mm或以上，目的防止相互之間產(chǎn)生連錫從而導(dǎo)致相鄰的孔內(nèi)少錫。焊盤孔徑設(shè)計(jì)要求見圖3，其中d 為方形插針對(duì)角直徑，di 為焊孔直徑，dA 為焊孔外徑。焊孔直徑設(shè)計(jì)要適當(dāng)，當(dāng)di<1 mm 時(shí)，焊膏印刷量易出現(xiàn)不足，而且如果元件是在板上過爐的話，空洞與少錫的現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重，如果元件是在板下過爐的話，可以加大通孔PAD 直徑或邊長來補(bǔ)充錫量，這樣一般不太會(huì)有空洞和少錫現(xiàn)象;當(dāng)di>2 mm時(shí)，焊膏容易從通孔漏掉造成空洞、少錫現(xiàn)象。焊孔直徑di 一般比插針直徑d 大0.2～0.3 mm，如果連接器端子較少，焊孔直徑可以稍小一些。為增加焊膏量，焊孔外徑一般比焊孔直徑大30%～50%來補(bǔ)充，或焊盤設(shè)計(jì)為爪形，伸出的部分盡量長。

3.2?焊膏涂覆工藝

通孔再流焊技術(shù)的關(guān)鍵問題是由于焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致通孔焊點(diǎn)所需焊膏量要比表面貼裝焊點(diǎn)所需焊膏量大，采用模板印刷的方法不能同時(shí)滿足通孔元件及表面貼裝元件所需焊膏量。要獲得良好的焊接效果，就要確保通孔再流焊基板各通孔焊盤上焊膏量恰到好處，否則會(huì)出現(xiàn)填錫不足等缺陷，導(dǎo)致在機(jī)械載荷作用下焊點(diǎn)強(qiáng)度會(huì)降低。

模板厚度一定尺寸一定時(shí)，為了滿足足夠的焊膏量，一般可以通過改變印刷參數(shù)來控制或采用分級(jí)模板印刷技術(shù)。模板如果太厚可以印刷兩次，第一次專印通孔部分，第二次全部印刷一次。焊膏印刷量與通孔的下表面保持水平即可，如果太多，當(dāng)元件插入孔中時(shí)，一部分焊膏被擠出。在未焊接前，這一部分錫可能會(huì)掉下來而帶走孔中的一部分錫。而通常我們追求的焊點(diǎn)形態(tài)不僅是填滿通孔，釬料在引腳上還應(yīng)有一定的爬升，在焊盤上形成一定的潤濕圓角。傳統(tǒng)模板設(shè)計(jì)和焊膏印刷技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可以改善通孔再流焊印刷工藝，比如改進(jìn)印刷圖案，擴(kuò)大印刷面積。