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将通孔回流技术整合入表面贴装制程
作者：Magnus Henzler, Product Marketing Manager, ERNI Elektroapparate GmbH
通孔回流技术的日渐流行主要原因是能大大节约生产成本。如果考虑到现今PCB板上不采用表面贴装技术的有线元件只占了5-10% ，但其费用却远远超过该比例，通孔回流技术的成本优势就愈发明显了。
将通孔回流技术整合入表面贴装的主要目是用同样的机器和制程在一步之内同时处理表面贴装和通孔回流器件。使用通孔回流技术可以免除 波峰焊接和选择焊接（或压接）并节省流程时间、减低机械要求和车间面积。生产流程通常包括以下几步：把焊膏置于装配件的背面、放置表面贴装器件、回流焊接、把焊膏置于装配件的正面、放置表面贴装器件、放置通孔回流器件及回流焊接。
通孔回流连接器的设计
使用通孔回流连接器的最基本方法就是“引脚浸锡膏”工艺——把引脚插入填满焊膏的通孔中，并用回流法焊接，其效果和传统的波峰焊接非常相似。要真正把通孔回流技术整合入全自动的表面贴装器件制造过程中，还需要考虑器件的选择和焊接过程，例如：器件是否适合更高温度的工作条件、能否配合视觉系统、针型栅格、高度及重量、定位和底座受力、端子形状、PCB布局、焊膏应用和回流等。
除了选择合适的连接器，设计中需要确认制造过程是否符合一些基本规则，如PCB布局、丝印模板设计、刮刀参数等。而不规则形状器件的自动放入则带来更高的成本和技术。任何“可回流”的连接器都可以自动放置，但是只有新一代的自动取放机器可以处理高端器件（如弹簧夹）并提供更强的底座受力。其他一些次要因素如缺少进料器和自动包装也可能造成问题。
通孔回流和波峰焊接连接器都可用于回流焊接。选用合适的塑料，温度分布大约可以在190°C维持几分钟，也能在瞬间承受220° 到 240°C的高温。电子品生产中即将采用的无铅制程要求温度再升高30° 到 40°C左右，而这些连接器也和此温度分布相容（峰值260°C）。
通孔回流过程中，连接器的外壳不可以和焊膏接触，同时要保持焊点处的最佳热流。因此器件需要达到最低热容量且不会从焊脚吸热或是遮住焊脚。器件的设计也要适合标准包装制程。针长要与板的厚度和应用类型相配合，针在PCB背面的投影应该介于1 到 1.5毫米，这样最终的焊点就可能符合IPC-A-610C 标准。
基于全自动仪器放置的准确性和器件的公差，通孔的直径通常应该比针的直径大20-50%。如果连接器上只有很少的端子，通孔直径可以稍小一些。紧固件也不可以有太大的咬接力，因为表面贴装设备通常只支持10-20牛顿的压接力。
通孔回流焊接技术
通孔回流焊接点所需的焊膏量由通孔体积决定。因此，模板的面积可以忽略不计，其厚度也几乎为零。目前模板的厚度大多为150微米并向100微米靠近。模板边缘应比焊盘的直径小0.1毫米以避免焊料结球。只有50% 的纯焊膏填在焊接点，其余都用作辅助材料如焊剂（图1）。增加焊膏体积（填充率）的其他一些方法，如使用封闭压力系统等可达到100% 的填充率。
卷带包装特别适用于传统取放装置系统，并可使用标准进料器。将标准真空吸头置于绝缘套管的负压面或连接器的外罩上就可以将轻易地连接器从卷轴中取出。卷带进料器的宽度通常都不超过75毫米，装配速度要根据器件来调整。和表面贴装器件一样，通孔回流器件也要求容易识别，通常做一个黑色绝缘外壳以在相机形成强烈反差的图片（图2）。
强制对流或汽相回流炉为不同装配要求提供相应的热能。加热之后，PCB板达到焊料的熔点温度范围，通孔回流焊接过程就真正开始。球形焊料不断致密化，尤其是焊料头部下垂物浓度会增加。当焊料头部下垂达到液体温度时，这部分焊料就完全熔化了。焊料继续流向引脚侧面，直到通孔处，并由毛细作用把熔化的焊料引到针脚和PCB通孔之间填满。
检查焊点主要看两处：通孔被填满的程度及焊料球形区域外围浸湿性。填充率可以随机抽样检查中研磨横切面，理想的通孔回流焊点应该达到100% 或至少75%（IPC-A-610修订C）的填充率。焊点用显微镜检验，IPC-A-610修订C也规定了焊料外围浸湿性的最低条件，焊料结球和外围浸湿都需要检查。
即使是最小的环，引脚都会不可避免的产生一些新月形的焊料，当新月形在电路板的两面都产生且两面球形的外围浸湿接近360°（最低要求270°）时，通孔回流的焊点就算满足了IPC要求。
模板的几何形状和刮刀参数对填充率的影响最大。研究表明传统的模板参数用上最小量的焊膏就能达到IPC-A610-C 对填充率的要求。
通孔回流技术在连接器产品的应用线继拓展，欧式连接器就是其中一例，一些差分连接器也采用了表面贴装/通孔回流连接。
结论
产品的优化、布局设计的规范、模板设计并应用到现有生产过程中都保证了通孔回流连接器可以整合入表面贴装制程中。实践证明，使用同样的流程和设备能同时处理这两种连接技术。
[align=right][color=#000066][此贴子已经被作者于2005-5-16 15:21:14编辑过][/color][/align]
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2005-5-16 |
