穿孔回流焊技术要求探讨

穿孔回流焊是一项国际电子组装应用中新兴的技术.当在PCB的同一面上既有贴装元件,又有少量插座等插装元件时,一般我们会采取先贴片过回流炉,然后再手工插装过波峰焊的方式.但是,如果采取穿孔回流焊技术,则只需在贴片完成后,进回流炉前,将插件元件插装好,一起过回流炉就可以了.
  通过这项比较,就可以看出穿孔回流焊相对于传统工艺的优越性.首先是减少了工序,省去了波峰焊这道工序,在费用上自然可以节省不少.同时也减少了所需工作人员,在效率上也得到了提高.其次是回流焊相对于波峰焊,生产桥接的可能性要小得多,这样就提高了一次通过率.穿孔回流焊技术相对传统工艺在经济性、先进性上都有很大的优势.所以,穿孔回流焊技术是电子组装中的一项革新,必然会得到广泛的应用.
  但如果要应用穿孔回流焊技术,也需要对器件、PCB设计、网板设计等方面提出一些不同于传统工艺的要求.
a)元件:
  穿孔元件要求能承受回流炉的回流温度的标准,最小为230度,65秒.这一过程包括在孔的上面涂覆焊膏(将在回流焊过程中进入孔中).为使这一过程可行,元件体应距板面0.5毫米,所选元件的引脚长度应和板厚相当,有一个正方形或U形截面,(较之长方形为好).
b)计算孔尺寸
  完成孔的尺寸应在直径上比引脚的最大测量尺寸大0.255毫米(0.010英寸),通常用引脚的截面对角,而不包括保持特征.钻孔的尺寸比之完成孔再大0.15毫米(0.006英寸),这是电镀补偿,这样算得的孔就是可接受的最小尺寸.
c)计算丝网:(焊膏量)
  第一部分计算是找出焊接所需的焊膏量,孔的体积减去引脚的体积再加上焊角的体积.(需要什么样的焊接圆角).所需焊接体积乘以2就是所需焊膏量,因为焊膏中金属含量为50%体积(以ALPHA的UP78焊膏为例).丝印过程中将焊膏通过网孔印在PCB上,由于压力一般能将焊膏压进孔中0.8毫米(当刮刀与网板成45度角时).我们计算进入孔中焊膏的体积,从所需焊膏量中减去它就得到在网孔中留下的焊膏的体积.这一体积除以网板的厚度就可以求出网孔所需的面积了.
d)网板设计:
网板的位置将取决于以下几个因素:
1、网孔的一边到孔中心的最小距离要求等于钻孔半径.
2、网孔总是比焊盘要大,所以焊膏将涂在阻焊层上,回流焊后确认不会有焊膏残留在阻焊盘上,网孔的边要求笔直,因为当回流焊过程焊膏进入孔中,将不会有焊膏在表面进行回流焊.
3、器件底面的下模形状有设计限制,下底面和丝印的焊膏之间需要有0.2毫米的空间.(在设计中必须包含)
4、在插座上,许多网孔提供笔直和窄的丝印,所以元件定位和在穿孔插座旁的测试点要留下一定的空间给焊膏层.
5、一般元件比如晶振,在元件下有足够的空间满足丝印需要的面积,这意味着将没有必要 将焊膏涂覆在元件的外部.
e)元件管脚的准备:
  管脚有一个正确的长度非常重要,当它们进入这一过程之前它们必须被预先剪切以达到比板厚多1.5毫米的条件.所有的引脚尺寸和网孔尺寸的变动偏差都将会被焊接圆角的量所包含,所以一些变动会体现在焊接圆角的高度变动上.
  回流炉的温度曲线要求设置成:在4.5分钟内平滑提升到165+20度,从165~220+5度只经过一个温区,在220+5度保持50秒.
f)焊接:
  由于实际原因,当穿孔回流焊时总是有焊膏的变动,所以设计有一个焊接圆角,可以解决一系列变动.变动的圆角总是在元件下方,从平坦到饱满以符合检验标准.
  穿孔回流焊在应用上是比较简捷的,但相对“插装~波峰焊”的工艺则需要较多的前期准备工作.穿孔回流焊的重点是对网孔形状、大小的设计,这一计算过程又要考虑到焊膏的固体含量、引脚的体积、孔径的大小等因素.所以,要得到一个完美的焊点,需要经过周详的计算和反复的试验.本文只是对穿孔回流焊的基本技术要求作了说明,有许多细节问题还有待进一步试验和总结.