1 引言

    在傳統(tǒng)的電子組裝工藝中，對(duì)于安裝有過(guò)孔插裝元件(THD)印制板組件的焊接一般采用波峰焊接技術(shù)。但波峰焊接有許多不足之處：不適合高密度、細(xì)間距元件焊接；橋接、漏焊較多；需噴涂助焊劑；印制板受到較大熱沖擊翹曲變形。因此波峰焊接在許多方面不能適應(yīng)電子組裝技術(shù)的發(fā)展。為了適應(yīng)表面組裝技術(shù)的發(fā)展，解決以上焊接難點(diǎn)的措施是采用通孔回流焊接技術(shù)(THR，Through-hole Reflow)，又稱為穿孔回流焊PIHR(Pin-in-Hole Reflow)。該技術(shù)原理是在印制板完成貼片后，使用一種安裝有許多針管的特殊模板，調(diào)整模板位置使針管與插裝元件的過(guò)孔焊盤對(duì)齊，使用刮刀將模板上的錫膏漏印到焊盤上，然后安裝插裝元件，最后插裝元件與貼片元件同時(shí)通過(guò)回流焊完成焊接。從中可以看出穿孔回流焊相對(duì)于傳統(tǒng)工藝的優(yōu)越性：首先是減少了工序，省去了波峰焊這道工序，節(jié)省了費(fèi)用，同時(shí)也減少了所需的工作人員，在效率上也得到了提高；其次回流焊相對(duì)于波峰焊，產(chǎn)生橋接的可能性要小的多，這樣就提高了一次通過(guò)率。穿孔回流焊相對(duì)傳統(tǒng)工藝在經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性上都有很大優(yōu)勢(shì)。通孔回流焊接技術(shù)起源于日本SONY公司，20世紀(jì)90年代初已開(kāi)始應(yīng)用，但它主要應(yīng)用于SONY自己的產(chǎn)品上，如電視調(diào)諧器及CD Walkman。

2 通孔回流焊接生產(chǎn)工藝流程

    生產(chǎn)工藝流程與SMT流程極其相似，即印刷焊膏一插入元件一回流焊接，無(wú)論對(duì)于單面混裝板還是雙面混裝板，流程相同。

2.1 焊膏印刷

2.1.1焊膏的選擇
通孔回流所用的焊膏黏度較低，流動(dòng)性好，便于流入通孔內(nèi)。一般在SMT工藝以后進(jìn)行通孔回流，若SMT采用的焊膏合金成分為63Sn37Pb，那么為了保證通孔回流時(shí)SMT元件不會(huì)再次熔化而掉落，焊膏中焊錫合金的成分可采用熔點(diǎn)稍低的46Sn46Pb8Bi(178℃)，焊料顆粒尺寸25μm以下＜10％，25～50μm＞89％，50μm以上＜1％。

2.1.2 基本原理
在一定的壓力及速度下，用塑膠刮刀將裝在模板上的焊膏通過(guò)模板上的漏嘴漏印在線路板上相應(yīng)位置。步驟為：送入線路板→線路板機(jī)械定位→印刷焊膏→送出線路板。

2.1.3 焊膏印刷示意圖(見(jiàn)圖1)

(1)刮刀：采用鋼材料，無(wú)特別的要求，刮刀與模板之間間距為0.1～0.3mm，角度為9°；
(2)模板：厚度為3mm，模板主要由鋁板及許多漏嘴組成；
(3)漏嘴：漏嘴的作用是焊膏通過(guò)它漏到線路板上，漏嘴的數(shù)量與元件腳的數(shù)量一樣，漏嘴的位置與元件腳的位置一樣，以保證焊膏正好漏在需要焊接的元件位置，漏嘴下端與PCB之間間距為0.3mm，目的是保證焊膏可以容易地漏印在PCB上。漏嘴的尺寸可以選擇，以滿足不同焊錫量的要求；
(4)印刷速度：可調(diào)節(jié)，印刷速度的快慢對(duì)印在PCB上焊膏的份量有較大的影響。

2.1.4 工藝窗口
在機(jī)器設(shè)置完成后，只有印刷速度可通過(guò)電子調(diào)節(jié)。要達(dá)到好的印刷品質(zhì)，必須具備以下幾點(diǎn)：
(1)漏嘴的大小合適，太大引起焊膏過(guò)多而短路，太小引起焊膏過(guò)少而少錫；
(2)模板平面度好，無(wú)變形；
(3)各參數(shù)設(shè)置正確(機(jī)械設(shè)置)：漏嘴下端與PCB之間間距為0.3mm，刮刀與模板之間間距為0.1～0.3mm，角度為9°。

2.2 插入元件
采用人工的方法將電子元件插入線路板中，如電容、電阻、排插、開(kāi)關(guān)等。元件在插入前線腳已經(jīng)剪切，在焊接后無(wú)須再剪切線腳，而波峰焊是在焊接后才進(jìn)行元件線腳剪切。

2.3 回流焊接

2.3.1 原理
熱風(fēng)氣流通過(guò)特制的模板上噴嘴，在一定的溫度曲線下，將印刷在PCB上元件孔位處的焊膏熔化，然后冷卻，形成焊點(diǎn)，將通孔元件焊接于線路板上。

2.3.2 回流爐的結(jié)構(gòu)
共有4個(gè)溫區(qū)：兩個(gè)預(yù)熱區(qū)，一個(gè)回流區(qū)，一個(gè)冷卻區(qū)。只有下部才有加熱區(qū)，而上方則沒(méi)有加熱區(qū)，不像SMT回流爐上下都有加熱區(qū)。這樣的設(shè)計(jì)可以盡量較少溫度對(duì)元件本體的損壞。兩個(gè)預(yù)熱區(qū)和一個(gè)回流區(qū)的溫度可以獨(dú)立進(jìn)行控制，冷卻區(qū)則為風(fēng)冷。回流區(qū)為最關(guān)鍵的溫區(qū)，它需要特殊的回流模板。

2.3.3 點(diǎn)焊回流爐回流區(qū)工作示意圖(見(jiàn)圖2)

模板：厚度為15mm，模板主要由耐高溫金屬板及許多噴嘴組成。
噴嘴：噴嘴的作用是熱風(fēng)通過(guò)它吹到線路板焊膏上。噴嘴的數(shù)量與元件腳的數(shù)量相同，噴嘴的位置與元件腳的位置一樣，以保證熱風(fēng)正好吹在需要焊接的元件位置，提供足夠的熱量。噴嘴上端與PCB之間間距為3mm，噴嘴的尺寸可以選擇，以滿足不同元件不同位置的熱量需求。

3 通孔回流焊接工藝的特點(diǎn)

    對(duì)某些如SMT元件多而穿孔元件較少的產(chǎn)品，這種工藝流程可取代波峰焊。
3.1 與波峰焊相比的優(yōu)點(diǎn)
(1)焊接質(zhì)量好，不良比率PPM(百萬(wàn)分率的缺陷率)可低于20。
(2)虛焊、連錫等缺陷少，返修率極低。
(3)PCB布局的設(shè)計(jì)無(wú)須像波峰焊工藝那樣特別考慮。
(4)工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備操作簡(jiǎn)單。
(5)設(shè)備占地面積少，因其印刷機(jī)及回流爐都較小，故只需較小的面積。
(6)無(wú)錫渣問(wèn)題。
(7)機(jī)器為全封閉式，干凈，生產(chǎn)車間里無(wú)異味。
(8)設(shè)備管理及保養(yǎng)簡(jiǎn)單。
(9)印刷工藝中采用了印刷模板，各焊接點(diǎn)及印刷的焊膏量可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
(1O)在回流時(shí)，采用特別模板，各焊接點(diǎn)的溫度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。

3.2 與波峰焊相比的缺點(diǎn)：
(1)此工藝由于采用了焊膏，焊料的價(jià)格成本相對(duì)波峰焊的錫條較高。
(2)須訂制特別的專用模板，價(jià)格較貴。而且每個(gè)產(chǎn)品需各自的一套印刷模板及回流焊模板。
(3)回流爐可能會(huì)損壞不耐高溫的元件。在選擇元件時(shí)，特別注意塑膠元件，如電位器等可能由于高溫而損壞。

4 溫度曲線 

由于通孔回流焊的焊膏、元件性質(zhì)完全不同于SMT回流，故溫度曲線也截然不同，通常包括預(yù)熱區(qū)、回流區(qū)和冷卻區(qū)。

4.1 預(yù)熱區(qū)
將線路板由常溫加熱到100～140℃，目的是線路板及焊膏預(yù)熱，避免線路板及焊膏在回流區(qū)受到熱沖擊。如果板上有不耐高溫的元件，則可以將此溫區(qū)的溫度降低，以免損壞元件。

4.2 回流區(qū)(主加熱區(qū))
溫度上升到焊膏熔點(diǎn)，且保持一定的時(shí)間，使焊膏完全熔化，最高溫度在200～230℃。在178℃以上的時(shí)問(wèn)為30～40s。

4.3 冷卻區(qū)
借助冷卻風(fēng)扇，降低焊膏溫度，形成焊點(diǎn)，并將線路板冷卻至常溫。

5 結(jié)論

通孔回流焊在很多方面可以替代波峰焊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)插裝元件的焊接，特別是在處理焊接面上分布有高密度貼片元件(或有線間距SMD)的插件焊點(diǎn)的焊接，這時(shí)傳統(tǒng)的波峰焊接已無(wú)能為力，另外通孔回流焊能極大地提高焊接質(zhì)量，這足以彌補(bǔ)其設(shè)備昂貴的不足。通孔回流焊的出現(xiàn)，對(duì)于豐富焊接手段、提高線路板組裝密度(可在焊接面分布高密度貼片元件)、提升焊接質(zhì)量、降低工藝流程，都大有幫助?？梢灶A(yù)見(jiàn)，通孔回流焊將在未來(lái)的電子組裝中發(fā)揮日益重要的作用。