PIP通孔回流技术ppt-课件
通孔回流工艺
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。
6-2 通孔回流焊
1 引言在传统的电子组装工艺中，对于安装有过孔插装元件(THD)印制板组件的焊接一般采用波峰焊接技术。
但波峰焊接有许多不足之处：不适合高密度、细间距元件焊接；桥接、漏焊较多；需喷涂助焊剂；印制板受到较大热冲击翘曲变形。
因此波峰焊接在许多方面不能适应电子组装技术的发展。
为了适应表面组装技术的发展，解决以上焊接难点的措施是采用通孔回流焊接技术(THR，Through-hole Reflow)，又称为穿孔回流焊PIHR(Pin-in-Hole Reflow)。
该技术原理是在印制板完成贴片后，使用一种安装有许多针管的特殊模板，调整模板位置使针管与插装元件的过孔焊盘对齐，使用刮刀将模板上的锡膏漏印到焊盘上，然后安装插装元件，最后插装元件与贴片元件同时通过回流焊完成焊接。
从中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，节省了费用，同时也减少了所需的工作人员，在效率上也得到了提高；其次回流焊相对于波峰焊，产生桥接的可能性要小的多，这样就提高了一次通过率。
穿孔回流焊相对传统工艺在经济性、先进性上都有很大优势。
通孔回流焊接技术起源于日本SONY公司，20世纪90年代初已开始应用，但它主要应用于SONY自己的产品上，如电视调谐器及CD Walkman。
2 通孔回流焊接生产工艺流程生产工艺流程与SMT流程极其相似，即印刷焊膏一插入元件一回流焊接，无论对于单面混装板还是双面混装板，流程相同。
2.1 焊膏印刷2.1.1焊膏的选择通孔回流所用的焊膏黏度较低，流动性好，便于流入通孔内。
一般在SMT工艺以后进行通孔回流，若SMT采用的焊膏合金成分为63Sn37Pb，那么为了保证通孔回流时SMT元件不会再次熔化而掉落，焊膏中焊锡合金的成分可采用熔点稍低的46Sn46Pb8Bi(178℃)，焊料颗粒尺寸25μm以下＜10％，25～50μm＞89％，50μm以上＜1％。
2.1.2 基本原理在一定的压力及速度下，用塑胶刮刀将装在模板上的焊膏通过模板上的漏嘴漏印在线路板上相应位置。
通孔回流介绍
通孔回流焊接技术介绍V1.0目次1 通孔回流焊接 (1)1.1 物料要求 (1)1.1.1 物料耐温要求 (1)1.1.2 物料管脚形状要求 (1)1.1.3 物料架高要求 (1)1.1.4 物料吸取要求 (2)1.2 设计要求 (3)1.2.1 设计尺寸要求 (3)1.2.2 设计布局要求 (3)1.3 网板要求 (3)1.3.1 钢网开孔要求 (4)1.4 焊接要求 (4)I1 通孔回流焊接 1.1 物料要求 1.1.1 物料耐温要求元器件因需过回流焊所以需耐高温，以无铅工艺为例，元件按热容量大小需耐245-260度（240℃ 60S ）。
回流焊接后外观不变色、起泡、碎裂、无变脆等现象。
1.1.2 物料管脚形状要求横截面最好是圆形或者正方形。
不建议横截面为矩形，椭圆形或者其它形状，不利于焊接。
对于引脚末端的设计，应避免焊锡膏被引脚带出通孔以外。
推荐板厚+0.5mm （0.5-0.75mm ）。
管脚端部倒角处理，生产时便于插入板子。
引线误差：±0.05mm 引线累积误差 ±0.1mm引脚间距荐引脚间距2.45Pitch 以上，最小引脚间距不小于2.0mm。
1.1.3 物料架高要求在通孔回流焊工艺中，元件需具有standoff （架高）设计；风险：通孔回流器件如果没有架高设计，焊锡膏熔融时会随元器件和PCB 的空隙流失，造成爆锡珠现象，并影响通孔的焊锡填充率；A 类型的架高设计不是理想类型，会影响焊锡填充率45º pin taper works wellPitchLandPin架高设计最小的架高高度 = 0.003”+ (钢网厚度 x 1.8)理想高度: 0.035”可接受高度: 0.020”最低高度: 0.015”架高注意：架高设计必须避免贴装后碰到PCB上润湿的锡膏不合格架高示例如下1.1.4 物料吸取要求机器自动贴装，考虑到最佳效率，表面最好有吸附平面，并保证吸取位置10*10盖帽。
《回流焊接》PPT课件
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（14）保证计算机、电控箱的连接电缆与两头插座连接正确 。
（15）保证计算机、电控箱内的元器件、接插件接触良好， 无松动现象。
（16）检查面板电源开关处于（OFF）状态。 （17）保证计算机内的支持文件齐全。 （18）检查机器各部件，确保无其它异物。
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2.启动
先检查并保证两端紧急制为弹起状态，打开“电源开关” ，计算机直接启动至 WINOWS操作画面，按“启动按钮”启动 机器。
（5）冷却
温度下降的过程，冷却速率为3-5℃/秒。
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3 回流焊接工艺使用的设备
• 用于回流焊接的设备称为回流焊炉。
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4 回流焊炉的技术参数
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5回流焊炉的结构
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1. 加热系统
• 加热系统包括升温区、保温区、再流区
• 回流焊炉根据加热方式的不同可以分为热板回流焊炉、红 外回流焊炉、热风回流焊炉、红外热风回流焊炉、气相回 流焊炉等。目前使用最多的是热风回流焊炉。
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单击“编辑”键，系统将弹出如图10-23所示的曲线工 艺编 辑界面，可编辑三个升温区斜率、冷却区冷却斜率；预热段 、
浸泡段及回流段三个的时间；还有在某一温度以上的总时
间，及各曲线的最高温度。
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6.3劲拓NS-800回流焊炉的操作方法
劲拓NS-800回流焊炉的操作流程图见图10-24所示
• “前一个”选项——从当前通道跳到前一个通道。 • “下一个”选项——从当前通道跳到下一个通道。 • “最后一个”选项——从当前通道跳到最后一个通道。
PTH工艺导入资料
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目录
一，通孔回流（PIH）工艺介绍 二，通孔回流优缺点 三，行业通孔回流印刷方式 四，通孔回流锡膏量的简易计算 五，凯杰通孔回流工艺引进实例
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一，通孔回流工艺介绍
PTH(Paste- thru- hole):把PIN脚插入填满焊膏的插装孔中，并用回流法焊接。可以替 代波峰焊、选择性波峰焊、自动焊接机器人、手工焊等。
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WK15 HR
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正常回流工艺
印刷
贴片
回流
通孔回流工艺
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二，通孔回流工艺优缺点
a 可靠性高，焊接质量好，不良比率DPPM可低于20 。
b 虚焊、桥接等焊接缺陷少，修板的工作量减少。
优
c 无锡渣的问题，PCB板面干净，外观明显比波峰焊好。机器为全封闭式， 干净，生产车间里无异味。
焊膏
焊膏 印刷模板 已焊接SMD
漏嘴
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3.钢网印刷
三，通孔回流工艺的印刷方式
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4.焊料预制片
三，通孔回流工艺的印刷方式
矩形焊料预制片卷带 贴放在通孔附近的焊膏上
WK15 HR
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四，通孔锡膏量的简易计算
• 通孔中的焊膏量=（Vpth-Vpin）×2 • 式中： • 2—为补偿焊膏在回流焊收缩因子； • Vpth—是通孔圆柱体的体积=πR²h • Vpin—是管脚圆柱体的体积=πr²h
回流焊接工艺课件
由于焊料在熔融过程中混入空气或挥发物。 解决方案是优化温度曲线，减少空气混入。
虚焊或断路
锡珠
可能是由于焊接压力不足或焊点污染。解 决方案是增加焊接压力，清洁焊点表面。
由于焊料太稀或焊点冷却太快。解决方案 是调整焊料成分，控制冷却速度。
05
回流焊接工艺发展趋势与 展望
新材料的应用
高温材料
随着电子设备性能要求的提高， 高温材料在回流焊接工艺中的应 用越来越广泛，能够满足高温环 境下稳定工作的需求。
温度稳定时间
指在设定温度下，焊膏达到稳定状态所需的时间。
气流参数
空气流量
指在回流焊接过程中，为了带走热量和控制温度场，需要控制的 气流量。
风速
指吹向PCB和元件的风速，风速过快可能导致元件移位，风速过慢 则影响散热效果。
风向
指吹向PCB和元件的风向，需要均匀吹向加热区域，避免局部过热 或温度不均。
冷却阶段
冷却阶段
冷却阶段是将焊接好的PCB快速 冷却，使焊点凝固并形成稳定的
机械性能。
温度控制
冷却阶段需要控制冷却速度，以避 免因过快冷却导致焊点产生裂纹或 组织不均匀。
时间控制
冷却阶段持续时间取决于焊膏特性、 PCB尺寸和元件密度。
03
回流焊接工艺参数
温度参数
峰值温度
指回流焊接过程中，焊料熔融温 度的最高点，通常设定在焊膏熔
焊接时间与压力控制
合理设置焊接时间和压力，以 保证焊点得到充分的熔合和连接。
焊料与基板选择
根据产品要求和工艺参数，选 择合适的焊料和基板材料，以 提高焊接质量。
环境控制
保持生产环境的清洁度和湿度， 避免尘埃、湿气等因素对焊接 质量的影响。
thr通孔回流焊技术要求(1)
通孔回流焊技术要求近年来,表面贴装技术（SMT）迅速发展起来,在电子行业具有举足轻重的位置。
除了全自动化生产规模效应外,SMT还有以下的技术优势：元件可在PCB的两面进行贴装,以实现高密度组装;即使是最小尺寸的元件也能实现精密贴装,因此可以生产出高质量的PCB组件。
然而,在一些情况下,这些优势随着在PCB上元件贴着力的减少而削弱。
让我们观察图1的例子。
SMT元件的特点是设计紧凑,并易于贴装,与通孔的连接器在尺寸和组装形式上有明显的区别。
图1 PCB上组装有SMT元件（左）和一个大理通孔安装的连接器（右）用于工业领域现场接线的连接器通常是大功率元件。
可满足传输高电压、大电流的需要。
因此设计时必须考虑到足够的电气间隙与爬电距离,这些因素最终影响到元件的尺寸。
此外,操作便利性、连接器的机械强度也是很重要的因素。
连接器通常是PCB主板与“外界部件”通信的“接口”,故有时可能会遇到相当大的外力。
通孔技术组装的元件在可靠性方面要比相应的SMT元件高很多。
无论是强烈的拉拽、挤压或热冲击,它都能承受,而不易脱离PCB。
从成本考虑,大部分PCB上SMT元件约占80%,生产成本仅占60%;通孔元件约占20%,生产成本却占40%,如图2所示。
可见,通孔元件生产成本相对较高。
而对许多制造公司来说,今后面临的挑战之一便是开发采用纯SMT工艺的印刷线路板。
图2 带有通孔无件和SMT元件的PCB根据生产成本以及对PCB的影响,SMT+波峰焊和SMT+压接技术（press in）等现有的工艺还不完全令人满意,因为在现有的SMT工序需要进行二次加工,不能一次性完成组装。
这就对采用通孔技术的元件提出了下列要求：通孔元件与贴片元件应该使用同样的时间、设备和方法来完成组装。
THR如何与SMT进行整合根据上述要求发展起来的技术,称之为通孔回流焊技术（Through-hole Reflow,THR）,又叫“引脚浸锡膏（pin in paste,PIP）”工序,如图3所示。
回流焊和通孔回流焊
专业背景：10多年来，杨先生在高科技企业从事产品制程工艺技术和新产品导入及管理工作，积累了丰 富的 SMT 现场经验和制程工艺改善的成功案例。杨先生自2000年始从事 SMT 的工艺技术及管理工作，先任 职于 ME 、IE 、NPI 、PE 、PM 等多个部门的重要职务，对 SMT 的设备调试、工业工程、制程工艺、质 量管理、新产品导入及项目管理积累了丰富的实践经验。杨先生通过长期不懈的学习、探索与总结，已初步 形成了一套基于 EMS 企业及 SMT 工厂完整实用的实践经验及理论。
课程收益： 1.了解回流焊炉的工作原理、设备结构和重要技术特性； 2.掌握回流焊工艺核心技术并参数设定方法进行深入剖析； 3.掌握通孔回焊和混合制程器件的结构特点、印制板的 DFM； 4.掌握通孔和混合制程器件之 SMT 印刷、贴片、回焊的工艺要点； 5.掌握 PCBA 外观目检、问题侦测、缺陷返修的方法； 6.掌握混合制程器件焊点的外观检验和失效分析技术； 7.掌握回流焊炉的日常维护和故障排除方法； 8.掌握回流焊工艺中常见缺陷产生原因及防止措施。
IPC-A-610E 中插装元器件的1级和2级产品，改善为3级产品的方案解析。
九、新型特殊回流焊接技术及其应用 9.1 汽相回流焊接技术原因及其应用 9.2 电磁感应焊接技术原因及其特殊应用 9.3 激光回流焊接技术原因及其特殊应用
十、总结与讨论
讲师介绍 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 杨老师
PCB 分层与变形；POP/CSP 曲翘变形导致虚焊、开路；焊盘剥离；热损伤（Thermal damage）；01005竖 碑、BGA/CSP 表面裂纹、空洞、锡珠、气孔、润湿不良。 8.2 PTH 插脚的焊接不良诊断与解决
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PIP焊接： 预先设置热和锡量 最不灵活
因此PIP技术对引脚结构尺寸等控制必须严谨！
PIP 的工艺考虑
插件方向
未必填满，需要在插件入口印刷，插件时带动锡膏
渗透通孔。
必须关注：引脚截面和脚尖形状；
引脚长度。
器件引脚要求
多数器件不是为PIP工艺而设…
不适合PIP的引脚
PIP 基本工艺制程
锡膏 印刷
通孔 填锡
插件
插件
回流 焊接
通孔回流组装步骤
B 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片 回流焊接
翻板
T 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片
另类做法
THD 插件
基本 做法
THD 插件
SMD 贴片
手工插件
B 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片
时波峰焊接工艺 的效益很低；
管理、质量和效益都不理想！
波峰工艺的相对弱点
• 工艺能力较回流技术差；
（工艺较难控制，dpmo较高）
• 工艺相对回流技术较不稳定；
（需要较多较常调整，dpmo的变化较大）
• 波峰工艺还需要多一道胶水工艺；
（包括胶水应用和固化）
• 混装工艺一般成本较高。
（直接加工费用已经高，还有返修和调整修补费）
• 足够的通孔填充程度； • 适当IMC的形成状态； • 无过量的空洞和气孔。
PIP 工艺质量要点
足够的锡膏量
不过度干扰锡膏 润湿回收
锡膏 印刷
通孔 填锡
插件
插件
回流 焊接
第二部分 PIP 技术对器件的要求
您将认识到…
• 器件引脚的要求 • 器件耐热性的要求 • 器件插装的要求 • 器件悬空的要求 • 器件可焊性的要求
PIP 技术对器件的要求
注意：多数器件不是为PIP工艺而设…
常见问题：
• 引脚结构不适合PIP技术； • 器件封装本体的耐热性不足； • 器件封装和引脚不适合自动插件； • 器件底部悬空不足。
器件封装是阻碍使用PIP技术的一个主要问题！
PIP 与其他通孔焊接比较
手工焊接： 临时调整热和锡量 最灵活
（锡膏量和润湿性）
短引脚的使用
有商家推荐使用不伸出的短引脚…
强处： • 锡膏用量少，一次 印刷可以处理。
弱点： • 质量检验较困难； • 容易有 Flux 残留物覆盖，不利于测试 探针的使用；
引脚不能太短，必须占通孔的80%以上！
引脚的长度
• 从 - 0.5mm ~ 1.0mm 为佳； • 可以长至2.0mm（建议不超过1.5mm）
T 面组装
锡膏印刷 SMD 贴片
另类做法
THD 插件
良好的锡量 控制做法！
回流焊接
THD 插件
SMD 贴片
锡膏注射 翻板
手工插件 回流焊接
适用于低悬空，小 间距插件。
通孔回流技术的强点
• 单一焊接工艺和技术应用； • 使用工艺性较强的回流技术； • 较低成本 （工序、设备、质量）； • 较波峰焊更高的组装密度； • 两面布局的灵活性。
尖脚确保插装容易以及 不推锡。
器件引脚长度
引脚长度是PIP关键因素 之一。 刚未伸出引脚长度（可接受）
刚伸出引脚长度（理想） 太长的引脚长度（不推荐）
引脚长度考虑
• 引脚太长会把锡膏推出太远无法润湿回位； • 额外的长度也占用了锡量（润湿外层）； • 推荐延伸长度在1~1.5mm范围； • 建议垂直度变化< 0.25mm （偏离中线）； • 供应商多以1.6和2.4mm板厚为依据； • 不同长度引脚需要不同DFM考虑！
焊接组装技术历程
接线时代
• 查尔斯·杜卡斯 Charles Ducas 1925（印墨）
• 保罗·艾斯勒 Paul Eisler 1943 （蚀刻。1936开始初版）
SMT - 1960s 自动波峰焊 - 1970s
高密度多层板
保罗·艾斯勒
传统混装 PCBA 工艺
技术弱点： • 工艺工序多； • 3次加热处理； • 但THD越来越少
其他替代工艺
由于波峰焊接存在弱点，业界开发其他替代工艺，
包括：
• 盖板 Pallet 辅助波峰工艺；
（免去胶水工艺，使用双面回流）
• 选择性波峰工艺；
• 压接技术；
• 通孔回流工艺；
• 手工焊接或机械手焊接；
• 其他定点焊接工艺（如激光等）。
为何使用 PIP 技术 ？
• 废除波峰焊接； • 简化工序； • 减少热处理。
（有些器件如BGA和FPT不能布在波峰一面）
通孔回流技术的挑战
• THT器件未必适合回流工艺；
• 对DFM要求高； • 工艺较一般SMT
应用难（窗口小）；
• 焊点标准的更改 和认证；
• Flux 残留物较多。
通孔回流技术的质量元素
3外观元素： 3内部元素：
• 两端透锡程度； • 焊点轮廓和表面状态； • 无周边污染（包括焊球、桥接等）；
结构和尺寸要求： • 方便插装； • 只需少量锡膏； • 不干扰锡膏；
材料要求： • 容易传热润湿；
三种不同截面引脚
三种不同截面引脚
通孔内径
引脚截面
形状
所需要锡量
基准
多36%锡量需求 多62%锡量需求
引脚尖端结构
PIP的通孔设计要求和引脚之间的间隙要小，所以 引脚尖端的锥形对插件十分重要…
不良 设计
• 局部加热；
（业界对热冲击的负面影响仍存怀疑）
• 工艺速度慢。
（逐个焊点进行焊接）
手工焊接的相对弱点
• 工艺能力较回流技术差；
（手工Cpk往往不足1.0，dpmo较高）
• 工艺相对回流技术较不稳定；
（技术和人工不稳定因素，dpmo的变化较大）
• 手工效率较低；
手工在PIP技术中成本优势逐渐减少。只用在难以 回流和插装的场合。或做为补焊辅助工艺。
“通孔回流组装技术”讲座
第一部分： PIP 技术概述
内容大纲
第二部分： 元器件考虑
第三部分：可制造性设计
第四部分：锡膏印刷
第五部分：自动插装 第六部分： 回流焊接
第七部分： 质量考虑与故障模式
第一部分 PIP 概述
• 使用 PIP 的场合与原因 • 几种插件焊接工艺的弱点 • PIP 的工艺原理 • PIP 工艺流程 • PIP 工艺的强弱点和挑战 • PIP 的质量元素与要点
成本效益
选择性波峰（托盘）的相对弱点
• 托盘成本；
（生产用、工艺调整和管理成本）
• 托盘影响组装密度； • 托盘限制灵活性；
（不能随时更改）
• 托盘维护保养资源。
（清洗、检察、报废等）
选择性波峰的相对弱点
• 初期投资高；
（设备投资）
• 额外的工艺和工序；
（知识管理、设备维护等资源）
• 需要编程和调制；