我的報告主要分為6個部分,前三個部分主要探討通孔回流工藝對可制造性設計的要求,后三個部分主要講的是通孔回流焊接工藝在技術方面的要求及挑戰。

首先，我們先了解一下什么是通孔回流工藝，為什么要使用通孔回流焊接工藝？通孔回流焊接工藝就是使用回流焊接技術來裝配通孔元件和異型元件的過程，在導入通孔回流之前，針對通孔元件和異型元件，大部分都是采用波峰焊、選擇焊、手工焊來完成。圖表中我們將通孔回流工藝與波峰焊工藝進行了對比，在優劣勢方面，通孔回流焊接工藝是一次成型，取消了波峰焊接的制程；第二，簡化了生產工序，減少了波峰焊線的成本投入；第三，減少了 PCB的熱處理次數，正常的話，通孔回流只需要B/T兩面的熱處理工藝，而波峰焊工藝的生產工序比較多，在SMT生產完了后會搬運至插件線，再進行一次焊接，它需要進行三次加熱處理；根據目前的表面貼裝趨勢，插件越來越少，波峰焊的效率已經很低了。我們來看看波峰焊相對回流焊的弱點：第一是工藝能力較回流而言更差，波峰焊品質較難控制，缺陷數多，在波峰焊后需要進行修補；第二是波峰焊焊接過程不穩定，經常需要進行調試，缺陷的變化也比較大，容易在加錫或是生產過程中出現不穩定的狀況，而回流焊只需要將回流焊接的參數調整后，整個回流過程都比較穩定；第三是加工成本更高，波峰焊增加了線體加工的費用成本、載具成本、人工成本、設備成本、工藝投入成本，還有返修成本；最后，由于當前智能制造正在快速發展，波峰焊不論是從自動化水平還是從經濟角度出發進行衡量，與回流焊之間的差距都比較大。

當前，通孔回流焊接工藝是發展得比較成熟的工藝，許多產品在B/T面上均進行了布局,接下來我將對通孔回流焊接工藝的流程進行簡單介紹。首先從B面開始組裝，先經過錫膏印刷，完成表面及通孔的填錫，再經過表面貼裝，插件，基本上很多產品的插件都是布局在TOP面，但目前也有些產品在B面布局了通孔元件，在B面布局插件需重點關注錫量及引腳的長度,我后面會講到相關的設計和工藝要求，完成貼片和插件后，進入回流焊一次成型，回流完了以后再翻板完成T面的整個工藝的焊接，那要做好通孔焊接、確保工藝質量，需要注意的要點有哪些呢？第一是需要足夠的錫膏量，滿足通孔焊接的焊錫品質要求、填充量；第二就是不過度地干擾錫膏，通孔插件后錫膏不會產生滴落缺失的情況；第三就是潤濕回收，通孔回流焊接后，錫膏能夠很好地回收回來。要做好通孔回流焊接，工藝質量的要點就是需要足夠的錫膏量，同時保持住焊錫，那如何能做到呢？我們第二節將進行詳細介紹。

接下來要介紹的是通孔回流焊接在可制造性設計方面的要求，在可制造性方面，至少需要包括器件的評估選擇、PCB材料和厚度的選擇、PCB通孔及孔環的設計、鋼網厚度及開口設計等。首先介紹的是通孔回流焊對器件的要求，至少需要包含如下5個方面的評估：第一是器件引腳的要求；第二是器件結構的要求；第三是器件插裝的要求；第四是器件耐熱性的要求；第五是器件可焊性的要求。

通孔回流焊對器件引腳的要求，首先看上圖中的印刷及通孔插件過程，印刷后，錫膏孔內填充量大約在1/3，但在插件后，插件引腳會帶動錫膏滲透通孔；因此要保證錫膏能夠填滿通孔，且錫膏不會被推走，那么對器件必須要關注以下三個方面：第一是器件引腳的截面；第二是腳尖的形狀；第三是引腳的長度。
關于引腳截面的設計，對比三種不同的引腳截面設計可知，同樣的通孔內徑條件下，引腳截面為圓形的設計是最佳的，采用方形的設計，需要多36%的錫膏量，如果是采用扁平長方形的結構設計，需要多60%的錫膏量，同樣的通孔內徑，選擇圓形的設計是最好的；至于引腳尖端的結構設計，通孔回流焊接要求通孔和引腳之間的間隙要小，因此引腳尖端錐形倒角對于插件而言十分重要，尖腳設計確保了插裝容易而且不推錫；關于引腳長度的設計，引腳長度設計是通孔回流焊接關鍵的一個因素。

接下來重點介紹引腳長度的設計要求，在SMT單面通孔回流制程中，建議引腳信號pin腳長約等于PCB板厚度加0.3~0.6mm，即引腳伸出板面的長度在0.3~0.6mm，lock pin的長度約等于PCB板厚加0.8~1.2毫米，為什么建議固定pin比信號pin要長0.5mm左右呢？主要是為了有利于插件的導向，預防信號pin跪腳等問題。通孔回流工藝控制腳長主要目的是引腳太長，會把錫膏推出太遠，而且脫落，導致無法潤濕和回收，導致孔內的填充量不足；第二是額外的長度也會占用錫膏量，在SMT的陰陽板的雙面，通孔回流焊接制程中，建議引腳長度，B面的DIP零件腳和lock pin長度均要小于等于PCB板厚減0.1mm以上，B面的通孔回流焊接器件不能超出PCB的板面，突出板面，會導致第二面無法完成印刷，如果是跟PCB板面剛好，孔內的助焊劑也會滲入到第二面面，同樣產生印刷不良的問題，同時，引腳不能太短，必須占用通孔80%以上，對于短引腳，目前存在的優缺點如下：第一，優點方面，錫膏量占用相對較少，鋼網好開窗，缺點的話也比較明顯，質量檢驗是比較困難的，對于觸腳的檢驗，第二，Flux助焊劑會殘留在PCB表面，不利于測試探針的使用，會導致誤判。

接下來講的是通孔回流焊對器件結構的要求，對器件結構的要求主要有三個方面，首先是對器件結構的尺寸要求：①方便插裝，②只需要較少量的錫膏，前面講到了，針對器件不同引腳的設計，錫膏的需要量是相對較少的；③不干擾錫膏，右圖展示的采用彎腳設計，對錫膏的干擾就比較嚴重，它第一個對自動化插件的影響比較大，第二是彎腳設計會將孔內的錫膏推出，導致錫孔內的填充量不足。

其次是對器件Stand off的要求，就是器件的懸空高度，器件的Stand off最少要＞0.3mm，或者鋼網厚度+0.15mm，一般情況下，0.5mm可滿足所有鋼網的基本要求，設定器件Stand off的主要目的就是防止器件本體壓錫的問題，它可能會造成錫珠、短路、空洞、透錫困難等問題。

第三是對器件引腳間距的考量，PIP工藝需要較大的印刷錫膏量，因此通孔回流焊不適合多排和小間距的設計，建議間距＞1mm，排數小于兩排，但不滿足這個要求的時候，建議進行可制造性設計的評估和工藝評估，間距不足的問題，鋼網開孔無法滿足孔內錫膏量的要求，目前做的最小通孔器件是0.5mm，典型的器件有Type C類USB，高清等器件，經常采用的是雙面上錫供應。

通孔回流焊對器件插裝的要求，主要是基于對器件自動化的考慮，主要包括下面5個方面：

第一是外形結構的要求，要滿足拾取和識別的需求；第二是重量的要求，不能超出設備的限度；第三是高度的要求，要滿足貼片機和回流爐的限高；第四是包裝的要求，能夠自動供料和拾??；第五是嚴格的尺寸公差，要滿足插件的精度。在識別上面，要求上表面平整有足夠的吸取空間。第二個就是有適合的自動供料，包裝一般都選用卷裝，其次是推盤，第三是外形結構，重量方面不能超高超重。關于識別方面的要求，第一是否有足夠的關系反差，可用于抓取特征點和融合點用于器件定位，這邊一般是對引腳和本體的特定點進行抓取，進行影像識別。

第三個部分對貼裝方面的要求，貼裝方面，對插裝的精度要求較高，第一是要考慮器件尺寸和PCB的主設計組合公差；第二，定位度和引角的位置公差；第三是引腳垂直度，就是形狀公差，引腳的垂直度，一般建議是小于0.1，因為通孔回流焊接和PCB的孔隙一般在0.1~0.2左右，對貼片方面的話，還有一個需要器件有較小的插動力，就是器件和PCB不能存在干涉，同時對通孔回流器件的話，對設備要求要既能滿足貼片又能滿足插件，它的基本要求的話，第一個就是對設備的基本要求，第一個要可拾取異型元件，第二個就是設備有處理大和重器件的能力，第三就是插裝力和插裝速度能夠得到很好的控制，第四是能識別變形引腳的能力，這是對設備評估的基本考量。

接下來講的是通孔回流焊對器件耐熱性的要求，一般器件焊接溫度在260度，焊接時間是10秒左右，且要滿足工廠的制程界限，在做DFM設計和工藝評估的時候，需要提前進行考量。

第二部分就是對器件可焊性的要求，可焊的要求就是焊接溫度在230~245度，焊接時間3秒，要保證良好的通孔回流填充的話，有耐于對器件焊端的可焊性。

通過前面的講解和介紹，通孔回流焊接對器件的要求總結大概有6個方面的考量，第一就是材料要有耐熱，滿足耐熱要求；第二就是適合自動貼裝，因為手動插裝的話，對錫膏有干擾，像不同的人對錫膏的干擾也不一樣，第三就是要有足夠的Stand off，避免壓錫，第四個是有足夠的空間印刷，滿足通孔填充的要求，第五個就是良好的潤濕性，器件的焊端引腳具有可焊性，第六是引腳設計要符合通孔回流的工藝。

接下來講關于通孔回流焊接對PCB設計的要求，先來看一下PCB孔徑的要求，PCB孔徑的大小與錫膏需求量成正比，孔徑越大，越容易插件，但需求的錫膏量就會越多，相反空間越小，插件越困難，對器件的要求就會越高。從第二幅圖可以看出，PCB孔徑間隙的要求，間隙越小的話，對插件物料的精度要求是越來越高，但如果孔距做得過大的話，間隙越大，對錫膏印刷工藝的要求會更高。

因此針對PCB孔徑，設計要求需結合器件及工廠水平進行綜合評估，一般建議PCB孔徑值等于引腳直徑或者是方形設計引腳的對角線加0.1~0.24，這是最理想的狀態。如果器件精度滿足要求，間隙越小越好，基本上可以做到0.1mm間隙，但同時也需要考慮組合的公差，比如PCB通孔中心位置的精度，PCB通孔孔徑的精度，引腳中心位置的精度，自動插件定位的精度，最終D(鉆孔內徑)等于引腳的直徑加上各公差平方和的平方根。

通孔回流焊接對PCB設計的要求，首先是對PCB鍍層的考慮；常見的PCB表面處理工藝有OSP，化學成金，電鍍金，化學鎳鈀、浸金等，而通孔回流工藝最常用的一般是OSP和鍍金板，這是消費電子的主流選擇，噴錫板使用較少，原因是噴錫板的孔徑不好控制，孔內容易殘錫，在熱風等平的時候，很難達到表面的光滑度，所以說一般不推薦，浸錫和浸銀的表面處理工藝，它對包裝程度的要求更高，性價比更低，而且浸錫工藝，在焊接工作中容易產生錫須，帶來可靠性的問題，因此運用得較少。

第二是對PCB銅環設計的要求，手工焊和波峰焊工藝，希望通孔越大越好，但是從錫膏需要填充量的角度去考慮的話，希望越小越好，一般的話設計的話都是0.25mm的環寬要求，它主要考慮的因素，第一是電性的要求，要滿足電流容量，第二是PCB制造的要求，第三是機械強度的要求，以及PCB留空區要求，PCB留空區的要求至少要保證所有的引線開口都有綠漆覆蓋，避免印刷后錫膏受到干擾，無法回收產生不良，尤其是通接孔、Via孔，如果涂孔不平的話，會造成錫膏無法回收，在同接孔/Via孔位置形成錫珠，造成孔內錫須的一些問題，從而引起PIP填充孔不滿足要求。

圖中是關于PCB表面工藝優缺點做的一些調研報告，僅供大家參考。

前面講了通孔回流焊接對可制造性設計的要求，下面一起來看一下對工藝的要求和挑戰有哪些。下面進入第四部分，通孔回流焊接對錫膏印刷的要求；通孔焊點相比表貼焊點需要多倍的錫量需求，而錫膏中只有一半的體積是金屬成分，如何保證通孔焊接的錫量需求？常見的方法：①刮刀型號和參數的選擇，在刮刀型號上使用較小的刮刀角度，比如45度的刮刀，可增加通孔孔內的填充量，但要注意密間距的元件，刮刀角度越小，越容易短路（尤其是0.4pitch到0.35pitch的元件）。在參數方面可采用較慢的印刷速度和增加刮刀的壓力來改善其填充量。

第二個是階梯鋼網設計和擴大鋼網開口，通過局部加厚或增加鋼網開孔面積來增加錫量，但此方法往往受布局空間限制和影響，以及開口夠大，錫膏無法回收的問題。同時刮刀接觸鋼網會導致刮刀和鋼網的磨損增加，鋼網成本會增加一倍。第三個是預成型的焊料，圖中是通過采用貼片機貼固態焊料來增加錫料。第四個就是二次上錫和點錫技術，兩次印刷及點錫技術的話，均需要投入額外的設備投入，且工藝不穩定，一般很少采用。

最后就是雙面點錫，雙面焊錫的工藝，就是解決鋼網開孔過大，而且鋼網開孔空間布局的問題。常見的通孔器件有三種布局，第一個就是單面板或者單次回流，第二個就是在BOT面布局通用元件，第三個就是TOP面布局通孔元件，往往存在就是既有BOT通孔元件，也有TOP面通孔元件的這種情況。第一種這種更適合就是單面板或者單次回流工藝這種最適合雙面的焊錫工藝，無論BOT面預上錫還是TOP面補錫都沒有過多的限制，只需要一面保留排氣孔即可。第二個就是BOT面通孔元件，這種限制是比較大的。一是要保證BOT面的錫量控制，錫膏過多會流入造成Top面印刷短路或者是鋼網的報廢風險；過少的話，它的填充量又不足，二次回焊，還有脫落的風險。因此經常針對BOT面的通孔元件，經常會搭配點膠或者載具支撐的工藝。同時第二面的話補錫排氣孔設計要求也相對較高，很容易造成封孔，導致孔內的空氣無法排除會形成焊接后形成空洞的現象。第三種的是TOP面通孔元件，TOP面通孔元件常的是會在BOT面進行預算期，但是上錫的量較少，不能堵孔。上錫主要還是以第二面TOP面為主。

通孔回流工藝對鋼網設計的要求，要確保通孔回流焊接印刷的錫量要求，鋼網開孔設計是中比較重要的一個環節。接下來介紹一下鋼網開孔設計的一個過程。首先的話就是要確定焊點標準，它的填充要求是100%的要求，還是75%的要求，確定了焊點的標準過后，計算出需求的錫量，錫量的計算公式就是孔內的填充量+兩側爬錫高度的體積，計算出錫膏的錫量的體積后，第三步就是根據錫膏金屬含量計算出錫膏的體積。

目前使用的錫膏體積比（合金成分與助焊劑基本上是1:1），因此在計算錫膏體積時，一般等于兩倍的焊錫體積，但是在計算錫膏體積的時候，往往會忽略掉孔內的錫膏的填充量，導致鋼網開孔尺寸不符合實際。這兒有一個經驗公式，僅作為一個參考；這之間因為存在著刮刀、參數設定、設備等的一些變量，每個工廠需要根據自己的工廠的實際條件，研制出符合自己工廠的工藝。確定錫膏體積之后，第四步就是根據工藝特性要求，決定鋼網的開孔厚度是多少。第5步是厚度確定過后，計算出開口面積，開口面積計算出來過后，第6步就是根據鋼網開孔的形狀，計算出鋼網開孔的尺寸，是圓形設計還是方形設計的尺寸。計算出開口尺寸之后，最后還要評估印刷及回流焊接的工藝性，印刷會不會短路，回流后錫膏能否回收回來的問題。往往增加錫膏量，最好是通過鋼網厚度來解決，因為增加鋼網開口面積的話，往往會受到空間限制。第二開孔過大會回收不回來，附件EXCEL是針對目前通孔器件開孔的常用計算公式，只需要輸入引腳半徑，焊接孔半徑，還有就是填充寬度，鋼網的厚度，就能計算出開孔長寬或者是開孔半徑。

接下來是鋼網開孔形狀的介紹。一般而言為了達到填充量的話，鋼網均需要外擴，但是要注意外擴的地方不能被元件壓住，避免錫膏回收不回來，形成錫珠的情況。鋼網的外擴量需要根據PCB的厚度，鋼網的厚度，還有就是孔內引腳間隙等因素進行決定。

圖中是為了達到通孔的焊錫填充量，常見的一些異型開孔形狀，第一個是雙排開孔的形狀，常常會利用中間的一些空間來考慮開孔形狀，來達到錫量的要求。但需要關注的是印刷后的間距是否能夠滿足需求，如果太小的話，印刷過后它很容易產生短路，且過爐后回收不回來，造成底部引腳之間形成短路的品質風險。

因此當鋼網在0.13~0.15mm之間的間距建議，要＞0.3mm的安全間距，同時需要考慮錫膏在回流的時候能否回收回來，下面VGA器件鋼網開口設計，為了達到足夠的錫膏填充量，已經擴到上一排，在通孔回流的時候需要考慮能不能回收的回來。

第二個是當出現3排或者以上的器件時，中間這一排的片經常會發現開孔空間不足的問題，常?？梢圆捎迷黾淤N裝預錫來滿足錫量的需求，當然如果是滿足質量要求的情況下，也可適當降低填充要求。

第三，就是在雙面PIP的工藝中，第一面插件只是經常會采用預上錫進行插件，再在第二面進行補錫，第一面預上錫需注意過回焊爐后，錫量和助焊劑不可溢出到第二面，否則在第二面印刷時產生品質的風險。同時在第二面補錫時，需要增開排氣孔，不然的話在焊接過后中間會形成很多空洞，導致填充量和機械強度不滿足要求的情況。

通孔回流工藝對回流焊接的要求。常用的有兩種爐溫曲線，第一個是斜升式，第二個是馬鞍式。通孔回流焊接的工藝化不適合斜升式，因為表面焊點與通孔焊點焊盤之間存在溫差及潤濕時間的差異，尤其是有大顆的通孔元件，或特別容易吸熱的器件時，器件間的溫度不易達到均衡一致。易出現冷焊和立碑不良的問題發生。

選擇馬鞍式曲線的主要目的就是想通孔保溫區去消除或減少通孔器件與表貼元件之間的溫差，讓PCB所有的焊點插件焊盤以及不同質地的器件引腳在進入回流焊接的時候，達到最小的溫差，確?；睾笗r取得最佳的效果。采用馬鞍式曲線，需要關注的要點是什么？第一個就是預熱區，建議采用緩升溫，一般斜率小于2℃/s，因為在加熱的時候，Flux表面張力會下降，產生熱坍塌，升溫太快會造成錫膏的跌落問題。就像這幅圖圖內的現象。

第二個就是保溫區，建議時間管控在80秒以上，因為需要較長的保溫期，主要目的是確保焊點、焊盤、器件的均溫性。常常會遇到某些大顆吸熱元件，雖然把峰值溫度拉得很高，但是回流過后仍然出現冷焊的一個原因；另外，需要較長的保溫時間，可確保插件孔內溶劑或者溶劑揮發產生的氣體，水分未蒸發干產生的氣體有足夠的時間進行揮發。預防焊后氣體未排出，孔內產生氣泡或者空洞，影響通孔焊接的機械強度。

第三就是回流區，回流時間在70秒左右，主要是考慮器件間之間的溫差差異，以及足夠的時間去減少氣孔。

第四個是峰值溫度，峰值溫度太高的話，會造成錫膏表面張力低，容易產生熱滴落，焊錫滴落將造成通孔填充不足的問題。這是在某個產品上第一次做通孔回流工藝評估的測溫曲線。

大家可以看到除了器件本身溫差較大的一個問題之外，那還對旁邊器件溫度的影響還是也比較大。就是如圖R1/R2/R3這三個0402的chip元件，位于通孔器件旁邊R1/R2位置，比在R3的溫度低了接近10度。因此在做測溫板的時候，就需要重點關注插件元件周邊較容易出現的一些冷點的監控。

接下來從測試的結果上看的話，體型較大的器件和小器件之間的溫差：PEAK溫度差異了20℃左右，回流的時間差了60秒。這里主要的原因是許多插件，體型較大，而引腳又在底部，熱容量大且造成對流不理想，就是熱量進不去。第二個是熱傳導和潤濕時，需要更長的時間。從測試的溫度來看，某些小器件已經進入了回流，而大型的通孔元件，才達到保溫的溫度；這也是在前面講到為什么需要較長的恒溫時間，回流時間的原因。所以在做通孔回流工藝時，對焊接工藝難度挑戰會更大，因此在做工藝研發的時候和NPI設計時，需要重點進行關注。

前面講了通孔回流焊接對可制造性設計及工藝的要求，接下來對通孔回流焊接常見的工藝缺陷進行簡單的介紹。首先了解一下通孔回流焊接外觀檢驗的標準，主要從兩個方面，第一個就是垂直的填充度，要求填充量要達到75%以上的要求；第二個是引線到孔壁的潤濕角度，引線到孔壁至少要呈現180度的潤濕。這個標準詳見可以參照IPC-A-610，在這里的話就不做過多的說明。

通孔回流工藝常見的缺陷，第一個就是少錫填充不足，從第一幅圖上看，主要為間隙太大造成錫膏量填充的不足。這也是在前面講到，在做DFM設計時，為什么要考慮器件和引腳的間隙，如果是間隙過大，即使開夠了足夠的鋼網開孔面積,回收回來的錫膏量，仍然無法滿足孔內的填充。

第二個就是引腳伸出太長，引腳伸出太長的話，將孔類的錫膏推出太遠，溶錫后回收不良，溶錫后的焊錫都殘留在引腳的尖端或者被滴落，造成孔內的填充量不足。另外就是峰值溫度過高，產生的熱滴落，還有鋼網開孔設計不良都會造成少錫和填充不足的問題。

第二個大類缺陷就是氣孔和空洞的問題，氣孔和空洞的問題主要產生原因還是氣體未能及時排出孔內。第一個就是像未預留排氣孔，尤其是在雙面焊錫的工藝中，如果是未預留排氣孔的話，它中間會產生大量的空洞現象，并且會對機械強度產生影響。第二個 FLUX不易揮發，在經過恒溫過后，進入回流過后，FLUX產生的氣體還會繼續產生氣體，導致氣體排不出孔內，也會產生氣孔的問題。第三就是通孔間隙過小，通孔間隙過小的話就是器件引腳插入孔內過后，錫膏溶解后回收不回來，里面的氣體過多排不出來產生的氣孔。第四就是PCB受潮，水氣會產生大量的氣體，造成通孔內的氣孔針眼的一些問題。第五個就是爐溫參數設定不當，就是前面所說講的就是要有足夠的恒溫時間，回流時間的原因，就是要讓孔內的氣體能夠有充足的時間排出去，避免產生氣孔的問題。

第三大類就是錫珠，產生的主要原因還是壓錫的問題。一是器件的懸空高度不足，在前面也講到要求懸空高度至少要大于0.3mm的原因。二是鋼網開孔未避開器件的本體產生的壓錫。三是錫膏回收不回來，它主要產生的原因第一個就是外擴過多，就是印刷面積太大，回流焊接的時候錫膏回收不回來形成，同時印刷面積過大，在印刷的過程中容易斷開，在回流焊接時，斷開的那一節沒辦法回收回來引起；另外就是PCB上有異物，工藝參數設定不當也會造成錫珠問題。

從上面常見的一些缺陷來看，通孔回流焊接不良與器件、PCB設計以及提前的工藝開發息息相關。因此想要做到事前預防，就需要提前對設計規范化，生產工藝標準化，將工藝做到細致化，才能確保通孔回流焊接品質得到很好的提升。

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