一種通孔插件回流焊接實(shí)戰(zhàn)技術(shù)

摘要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，極大的促進(jìn)了表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，因回流技術(shù)自身獨(dú)有的優(yōu)勢，目前其在表面貼裝技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用，并開始應(yīng)用在傳統(tǒng)通孔工藝當(dāng)中。在傳統(tǒng)加工工藝中，一般采用波峰焊接技術(shù)，然而隨著電子產(chǎn)品發(fā)展的日新月異，波峰焊接技術(shù)已經(jīng)無法滿足部分通孔雙面焊接需求，大力發(fā)展通孔插件回流焊接技術(shù)勢在必行。本文介紹了通口回流焊接技術(shù)的定義、工藝流程、優(yōu)缺點(diǎn)等，旨在為相關(guān)研究提供重要參考。

關(guān)鍵詞：通孔;回流焊接;工藝流程

前言：傳統(tǒng)的電子組裝工藝，在安裝有過孔插裝元件印制板組件的焊接，通常選擇波峰焊技術(shù)。但實(shí)踐證明，波峰焊存在很多弊端，如不適用于高密度元件焊接、漏焊、橋接較多等。由此可見，波峰焊無法滿足電子技術(shù)的發(fā)展需求。為了解決彌補(bǔ)波峰焊的弊端，適應(yīng)表面組裝技術(shù)的發(fā)展，通孔回流焊接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通孔回流焊接技術(shù)起源于20世紀(jì)90年代，由日本SONY公司率先應(yīng)用。與傳統(tǒng)工藝相比，通孔插件回流焊接工藝不僅更具有技術(shù)先進(jìn)性，而且也具有經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢，可顯著提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)工藝技術(shù)水平的進(jìn)步與提高，作為電子組裝中的一項(xiàng)革新，通孔回流工藝必然會得到大范圍應(yīng)用。鑒于此，本文對一種通孔插件回流焊接實(shí)戰(zhàn)技術(shù)展開研究，具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、工藝介紹

（一）定義

通口回流焊接技術(shù)，簡稱THR，指的是以印刷的方式，把鋼網(wǎng)上的錫膏，漏印到通孔內(nèi)部及周圍，并將元件插入充滿錫膏的通孔中，最后采用回流焊的方式對插裝元件與貼片元件進(jìn)行焊接[1] 。

（二）流程

通口回流焊接技術(shù)的工藝流程，即印刷焊膏-插入元件-回流焊接，具體如下：

1焊膏印刷

（1）選擇焊膏

為了讓焊膏能夠順利流入通孔內(nèi)，通口回流焊接技術(shù)用的焊膏一般黏度比較低，流動性、濕潤性較好，且在插裝元件時要具備良好的黏接力。通常情況下，通孔回流焊接是在SMT工藝之后進(jìn)行[2] 。例如，當(dāng)SMT的焊膏合金成為是63Sn37Pb時，為了確保SMT元件在通孔回流過程中不會被熔化，通孔回流所用焊膏中焊錫合金的成分，應(yīng)采用熔點(diǎn)更低的46Sn46Pb8Bi，熔點(diǎn)為178℃。

（2）基本原理

基于一定壓力與速度的作用下，模板上的焊膏可在塑膠刮刀的作用下，通過漏嘴漏印到線路板上。具體步驟為：送入電路板-電路板機(jī)械定位-印刷焊膏-送出電路板。由于印刷速度對漏印在PCB上的焊膏量，具有直接影響，所以印刷速度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）主要工具

焊膏印刷的主要工具包括刮刀、模板、漏嘴。其中，刮刀一般采用鋼材料，刮刀與模板之間的距離保持在0.1mm-0.3mm之間，角度為9°，對刮刀無其他特殊要求;模板的厚度一般是3mm，主要由鋁板與大量漏嘴組成;而漏嘴的主要作用，是焊膏印漏到電路板上的工具，其數(shù)量要與元件腳的數(shù)量、位置均要保持一致，這樣才能確保焊膏漏下的位置剛好是需要焊接的位置，漏嘴下端要與PCB保持0.3mm左右的距離，目的是讓焊膏更容易漏印下來。在實(shí)際焊接中，可根據(jù)不同焊錫量要求，選擇不同的尺寸。

（4）工藝窗口

當(dāng)完成機(jī)器設(shè)置之后，只有印刷速度可通過電子進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了確保印刷品質(zhì)，必須要從以下幾方面著手：第一，漏嘴的尺寸要適中，過大會導(dǎo)致焊膏過多導(dǎo)致短路問題，太少則會導(dǎo)致焊膏過少而出現(xiàn)少錫。第二，保持模板平面度的完好，無變形。第三，確保機(jī)械設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)正確，即刮刀與PCB板之間的角度為9°、漏嘴下端與PCB板的距離為0.3mm、刮刀與模板的距離保持在0.1mm-0.3mm之間。

2插入元件

通過人工方式，在電路板中插入電子元件，包括排插、電阻、電容、開關(guān)等。需要注意的是，在插入前元件線腳已經(jīng)被剪切，在焊接后不需要再剪切;但是波峰焊是例外，是在焊接后來剪切線腳。

3回流焊接

（1）基本原理

熱風(fēng)氣流經(jīng)由特制的模板上噴嘴，基于一定溫度曲線，將PCB上的焊膏熔化，冷卻后形成焊點(diǎn)，可將通孔元件焊接在電路板上。

（2）回流爐的結(jié)構(gòu)

4個溫區(qū)分別為回流區(qū)（1個）、冷卻區(qū)（1個）、預(yù)熱區(qū)（2個），上方?jīng)]有加熱區(qū)，下方才有，這種設(shè)計(jì)形式能夠最大程度降低溫度對元件本體產(chǎn)生的破壞。而預(yù)熱區(qū)與回流區(qū)的溫度可獨(dú)立控制，冷卻區(qū)的冷卻方式為風(fēng)冷;回流區(qū)是最關(guān)鍵的溫區(qū)，需要特殊的回流模板。

（3）主要工具

點(diǎn)焊回流爐回流區(qū)的主要工具包括模板、噴嘴。其中，模板的厚度一般為15mm，由耐高溫金屬板與眾多噴嘴構(gòu)成;噴嘴的作用是熱風(fēng)經(jīng)由噴嘴吹到電路板焊膏上，噴嘴的數(shù)量與位置，均與元件腳相同，這樣才能確保熱風(fēng)精準(zhǔn)的吹在需要焊接的位置，并且噴嘴的尺寸要根據(jù)元件的不同類型、不同位置進(jìn)行選擇。

二、通孔回流焊接工藝的主要特點(diǎn)

針對特定產(chǎn)品，通孔回流焊接工藝可取代波峰焊。本文以波峰焊為對比，分析通孔回流焊接工藝的主要特點(diǎn)。

（一）與波峰焊相比的優(yōu)點(diǎn)

與波峰焊相比，通孔回流焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面，一是具有更好的焊接質(zhì)量，不良比率可低于20%;二是無需特殊考慮PCB的布局;三是虛焊、連錫等缺陷問題比較少，不容易返修;四是設(shè)備占地面積小;五是工藝流程與設(shè)備操作均比較簡單，且設(shè)備管理與保養(yǎng)比較簡便;六是無需考慮錫渣問題;七是印刷工藝采用印刷模板，不同焊接點(diǎn)的位置與焊膏量可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié);八是機(jī)器設(shè)備為全封閉式，比較干凈，沒有異味;九是，不同焊接點(diǎn)的溫度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié);最后，通孔回流焊接工藝減少了工序，縮減了流程，也減少了所需的工作人員?？偠灾谆亓骱附庸に囋诩夹g(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面均具有明顯優(yōu)勢，也正因如此，通孔回流焊接工藝在電子組裝領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

（二）與波峰焊相比的缺點(diǎn)

與波峰焊相比，通孔回流焊接工藝的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)可以概括為，第一，成本更高。由于通孔回流焊接工藝采用了焊膏，成本要高于波峰焊的所用的錫條。同時，通孔回流焊接工藝需要定制專用模板，且不同產(chǎn)品需要各自獨(dú)有的印刷模板與回流焊模板，這些模板價格比較昂貴，所以整體成本更高。第二，回流爐的高溫很有可能會對一些耐高溫性較差的元件造成損壞，因此在選擇元件時，要格外關(guān)注塑膠元件，例如電位器等，避免這些元件被回流爐的高溫造成損壞。

三、溫度曲線

因通孔回流焊接工藝的焊膏、元件性質(zhì)等，與SMT回流不同，所以二者的溫度曲線也是不同的。一般包括預(yù)熱區(qū)、回流區(qū)與冷卻區(qū)。

（一）預(yù)熱區(qū)

先把線路板從常溫加熱到100-140℃，對線路板與焊膏進(jìn)行預(yù)熱，以免線路板與焊膏在回流區(qū)內(nèi)受到熱沖擊。若線路板上有不耐高溫的元件，則需要將此區(qū)的溫度降低，避免元件被高溫?fù)p壞 。

（二）回流區(qū)

回流區(qū)也稱為主加熱區(qū)，當(dāng)溫度上升到焊膏熔點(diǎn)后，需要保持熔點(diǎn)溫度一定時間，直至焊膏完全熔化，最高溫度范圍是200-230℃。在178℃以上的時間，一般是30-40s。

（三）冷卻區(qū)

通過冷卻風(fēng)險(xiǎn)，將焊膏的溫度降低，形成焊點(diǎn)，同時線路板要冷卻到常溫。

結(jié)論

綜上所述，通孔回流焊接工藝的優(yōu)勢要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)波峰焊技術(shù)，不僅可以提高插裝元件的焊接質(zhì)量，而且也有利于提高焊接安全性。通孔回流焊接技術(shù)的應(yīng)用，極大的豐富了焊接手段，也提高了線路板組裝密度，有利于促進(jìn)電子組裝行業(yè)的發(fā)展水平。可以預(yù)見的是，通孔回流焊接工藝在電子組裝領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 王凌云， 王宏， 張翔，等. 熔池金屬回流激光焊接小孔過程模擬[J]. 電焊機(jī)， 2013， 43（10）：6.

[2] 劉曉輝， 周德儉. 基于ICEPAK的PCBA回流焊接過程建模與仿真研究[J]. 航空精密制造技術(shù)， 2013（6）：6.

作者簡介：韓長州 1986男 大專 助理工程師 安徽合肥 主要研究方向：電氣、電子