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常见的穿孔印刷方法有以下几种: 1、普通钢网,单面一次印刷: 最便利和最高成本效益的工艺是设计一个同时适合 SMC/SMD 和穿孔元件的钢网(如图4)。钢网厚度优先考虑适合板上SMC/SMD。需要的焊锡膏量一部分被印进 PTH,其余过印在 PCB 表面。这样做虽然简便,但是很容易造成锡量不足,我们可以通过双向印刷(如图5)、增加穿孔直径(如图6)、减小锡膏粘度(如图7)、减小刮刀角度(如图8)等方法来增加穿孔中的锡膏量。

2、台阶式钢网,单面一次印刷 还有一种选择,就是采用台阶式钢网(如图9),其中较厚的区域专为穿孔元件而设。所选择的工艺随特定装配的技术组合状况而改变。最后,进行回流焊接。该方法在获得足够焊接强度的同时,对元件的热冲击较小,而且操作成本也较低。
3、套印,单面二次印刷 对于既有需要较薄钢网的SMC/SMD又有对焊锡膏量要求大的多列异形/穿孔元件的情况,可能需要两次钢网印刷工艺(如图10)。这个工艺过程必须使用两台排成一列的钢网印刷机。第一块钢网将焊锡膏印刷在表面贴装焊盘上;第二块钢网较厚,它的底部错开第一次印刷的位置, 不影响前次印好的焊锡膏。

4、普通钢网,双面二次印刷 对于既有需要较薄钢网的SMC/SMD又有对焊锡膏量要求大的多列异形/穿孔元件的情况,也可以不采用套印钢网,而采用普通钢网进行双面二次印刷(如图11)。这个工艺过程也要使用两台排成一列的钢网印刷机。第一块钢网将焊锡膏印刷在正面贴装元件和插装元件的焊盘上;第二块钢网将焊锡膏只印刷在背面插装元件的焊盘上,以满足大的多列异形/穿孔元件的焊锡膏锡量。

B、自动点焊锡膏 自动点焊锡膏是小批量机种生产的最佳选择,它能很好地为穿孔和异形元件沉积体积正确的焊锡膏。它提供了钢网印刷可能无法实现的大量焊锡膏沉积的灵活性和能力。该技术也能将焊锡膏沉积于已经进行部分装配的PCB。为裸露的 PTH 点焊锡膏时,建议使用比PTH直径略大的喷嘴。这样,在点焊锡膏时强迫焊锡膏紧贴 PTH 的孔壁,并使材料从 PTH 的底部稍稍挤出,然后从点焊锡膏相反的方向将元件插入(如图12)。如果使用比 PTH 直径小的喷嘴,焊锡膏会从孔中排出并造成严重的焊锡膏损失。另一种工艺步骤就是插入元件并从引脚涂敷焊锡膏。喷嘴被设计成围绕元件引脚的弯形。焊锡膏被挤向引脚周围并进入 PTH(如图13)。

C、预置焊料片 预成形焊片是提供形成高质量互连所需焊料体积的另一种选择。目前已经有公司可以提供引脚敷有助焊剂的预成形焊片,如同片式元件一样进行编带封装,可以使用贴片机进行高速取放。回流焊时,附加的预成形焊片与焊锡膏一起熔化,以获得精确的焊料体积。
四、设计和材料问题 如果要应用穿孔回流焊技术,也需要对元件、PCB设计、钢网设计等方面提出一些不同于传统工艺的要求。 A)元件设计: 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(锡铅工艺)或260度/65秒(无铅工艺)。以下是一系列能够承受回流焊温度的树脂:
▲液晶聚合物 (LCP) - 相对昂贵,在薄壁铸模中能保持紧密公差,并具有很好的薄壁硬度 ▲聚亚苯基硫化物 (PPS) - 具有很好的流动性 ▲聚二甲基环化己烯对苯二酸酯 (PCT) ▲Polyphthalamide (PPA)
为了避免元件引脚带走焊锡膏,造成锡量不足,元件引脚的末端应设计成尖头形状(如图15)。同时引脚有一个正确的长度非常重要,当它们进入生产过程之前,必须被预先剪切,以达到比板厚多1.524毫米或更短的条件(如图16)。如果引脚过长,会顶走焊锡膏,造成焊点锡量不足。

另一项元件要求是元件距离 PCB 表面具有足够和正确定位的离板间隙,离板间隙可使熔化的焊锡膏从其印刷位置自由地流向 PTH(如图17)。锡珠和桥连是由不正确的元件本体设计而引发的缺陷
B) PCB设计 PCB金属化孔的直径应比圆形引脚的直径大0.3-0.4毫米,比方形引脚的对角线大0.1-0.15毫米(如图18)。PCB钻孔的尺寸应再大0.15毫米,这是电镀补偿。
C)钢网设计 钢网厚度:选择钢网厚度必须经过仔细的考虑,一般使用 0.15mm-0.20mm的厚度。有一点必须认识的,是钢网开孔面积是元件间距、列数、以及相邻印锡间距的函数。
刮印方向:在设计钢网穿孔时,重要的是要考虑刮刀的印刷方向。对于较小直径 PTH,这种作用更明显,如果刮印方向与两列PTH 穿孔垂直,将使得邻近的两列PTH 穿孔充填状况不同。如果将印刷方向旋转 90度,使得刮印方向与两列PTH 穿孔一致,便可消除这种作用。
印锡间距:相邻焊盘之间保持分开的焊锡膏沉积,将避免最热点从相邻焊盘吸收焊料,导致相邻焊盘的锡量不足。焊锡膏加热时有坍塌或溢散的趋势,并且粘度降低,使相邻焊盘间焊锡膏坍塌粘连的可能性增大。可进行反复实验来将印锡区域、高度及焊锡膏配方与相邻焊盘印锡间距联系起来,确定最佳的相邻焊盘印锡间距设计指引。
开孔大小:钢网漏孔总是比焊盘要大,部分焊锡膏将涂在阻焊层上,需确认回流焊后不会出现锡珠。为了很好地满足焊锡充填PCB穿孔,确定涂敷焊料体积和PCB穿孔充填之间的关系是必须的。通过反复实验,可以绘制出涂敷焊料体积和PCB穿孔充填程度之间的曲线。
开孔形状:针对PCB上的特大孔,在其整个直径范围不应有完全的钢网开孔,应该使用分解饼形。圆形区域应该分裂成四个饼形部分,在孔的边缘形成倾斜;或者如果空间允许,将保持孔完全封闭,并完全套印焊锡膏敷层。一些元件如微型 DIN 连接器 (插 PC 鼠标用) 是屏蔽型的。金属屏蔽属于可焊表面。如果焊锡膏敷层触及该材料,就有可能造成焊料湿润元件壳体而非 PTH和引脚。但必须注意的是套印焊锡膏敷层在回流焊时,在被拖回至 PTH 时会时而变短、时而变高,高度的增加会导致焊锡膏敷层与可焊的屏蔽部分接触。因此,在确定焊锡膏敷层位置时必须考虑元件的设计。
五、贴装问题 目前有一些自动贴片机能够贴装异形和穿孔元件,元件可采用管式、卷轴式、盘式等包装,送料器直接安装在贴装机上。自动贴装具有精确、可靠和高速的优点,而且可以进行自动贴装的元件也越来越多。 手工贴装是无奈的选择。使用辅助定位夹具将有助于元件对位,提高手工贴装效率。手工贴装的两项益处在于没有设置时间和没有设置成本。手工贴装的缺点在于速度低,并且精度不稳定。
六、回流温度曲线开发 回流炉必须能够为整个元件和所有引脚位置提供足够的热量 (温度)。与元件上装配的其它SMC/SMD相比,许多异形/穿孔元件较高和/或具有较大的热容量。分立的顶部和底部加热控制也有助于降低 PCB 元件上的温差 ΔT。对于带有高堆叠25脚 DSUB 连接器的计算机主板,元件壳体温度高得不能接受。解决这个问题的方法是增加底部温度而降低顶部温度。焊料液相线之上的时间应该足够长,从而使助焊剂从 PTH中挥发,可能比标准回流焊的温度曲线要长。
大风量强制热风对流回流炉更适合在PIHR工艺中使用,它具有较高热量传递率,可以保证穿孔内焊锡膏的所有部分都会经历回焊良好的正确热量曲线。 |