2022年混合专业技术贴装与回流模板设计 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 混合技术贴装与回流的模板设计By William E. Coleman, Denis Jean and Julie Bradbury 本文回忆用于在通孔焊盘 计要求/ 开口的四周和内面印刷锡膏的模板设有必要回忆对于混合技术板的模板设计要求,由于全面实施允许通孔元件和表面贴装元件SMD两者同时贴装和随后的回流焊接；这排除了波峰焊接或手工焊接通孔元件的必要；通孔元件的材料类型、引脚类型、引脚长度和支起高度将被考 虑；将考虑三种模板设计：使用特大模板开孔来添印锡膏在通 孔焊盘区域内的单一厚度模板,使用特大模板开孔来添印锡膏 在通孔焊盘区域内的台阶式模

2、板,和用于在通孔焊盘区域内的印刷锡膏的厚模板0.015 0.025 厚度 ；厚模板是双印模板工艺中的其次块模板；模板设计的挑选依靠几个因素；这些因素包括：用于填充引脚 四周已镀通孔以形成适当焊锡圆角的总的焊锡量要求；板的厚 度；引脚直径；已镀通孔尺寸；通孔元件在板面分布的位置；元件间距；阻焊表面能量；锡膏活性水平；和金属可焊性；背景虽然从通孔元件到SMD的转换已经是戏剧性的,但很多印刷电路板 PCB仍使用两种技术来组装；在大多数电子装配中,将有 一些通孔元件在板上；在要求功率的应用中,连接器将连续以通孔形式存在；把通孔元件和SMD一起贴装和回流焊接会带来很大的利益；这表示对锡膏印刷工艺的特殊挑

3、战；模板必需提 供足够的锡膏量来填充通孔,供应良好的焊接点；通孔元件必 须能够经受在回流焊接过程中遇到的特殊大的热量；对通孔引 脚形式和整个 PCB设计必需作特殊的考虑；最近由 Gervascio-和 Whitmore et al 发表的论文已探讨了对通孔回流焊接的脚 浸- 膏的工艺；通孔元件挑选元件材料；元件常常落入“不兼容 ”的范畴,由于它们是设计用于波峰焊接的 - 元件身体的温度典型的比回流焊接工艺低50 100C；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 以下是对回流焊接工艺的可接受和不行接受的材料一列表：可 接受

4、 材料 ：Diallyl Phthalate；Fluorinated Ethylene Propylene FEP；Neoprene；Nylon 6/6；Perfluoroalkoxy PFA resin；Phenolic；Polyamide-imide ；Polyarylsulfone；Polyester ；Thermoset ；Polyetherimide；Polyethylene Terephthalate；Polyimide；Polysulfone；Polytetrafluoroethylene PFTE ；Silicone；Polyphenylene Sulfide PPS ；Liq

5、uid Crystal Polymer LCP； Polyetheretherketone. 不行接受材料： Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS；Acetal polymer ；Acrylic；Cellulose Acetate Butyrate CAB；Polybutylene Teraphthalate PBT；Polybutylene；Polycarbonate；Polyethylene；Polyphenylene Oxide ；Polypropylene；Polystyrene；Polyvinyl Chloride PVC ；Polyethylene

6、 Tedrephthalate PET. 引脚类型：直脚比较锁脚通孔元件将常常有很高的保持力,波峰焊接期间用来保持元件的位置；在闯入式回流焊接中,这种力气没有必要；高插入力量将使手工或自动插件复杂化,产生通孔元件插件或贴装期间的缺陷机会；通孔元件的插件力气必需小于贴装设备的 Z 轴力量；抱负的,插件力应当趋于零；插件振动应当保持到最小,以防止较小的SMD位移；元件挑选必需考虑到机器限制 贴装精度,贴装力气,视觉才能和送料机构 和人机工程学因素；有高引脚数的通孔元件应当有手工贴装的定位特点,指导操作员对 焊盘孔的适当定位；引脚长度引脚长度不应当超过PCB厚度的0.050 ；当引脚插入,一些锡膏被

7、顶出孔,留在引脚上；假如引脚太长,在回流焊接过程中 锡膏将不能流回焊盘,削减了最终的焊接圆角体积；PCB设计事项 通孔尺寸；在分析元件通孔尺寸的设计中,几个因素起作用：名师归纳总结 贴装精位度置公公差A 第 2 页,共 10 页PCB通孔差B PCB通孔尺寸公差C - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 零件引脚位置公差D 引脚直径公差 E 体会显示,最坏情形的分析不总是必需的；假设这些因素设正常和独立地分布的,每个因素的自然公差限 3 sigma 与它们各自的规格限定相符合,或在其内,对插件过程的总标准偏差 的估量的公差的平方和开平方根；打算元件通孔尺寸的

8、方程式 如下：最终孔径 = 名义引脚直径 + A 2 + B 2 + C 2 + D 2 + E 2.在最终通孔中胜利插件的概率可从 中,自然公差限为：Z 表估算,由于在正态分布可是,应当留意到,元件引脚与最终通孔尺寸之间的间隙越 大,需要越多的锡膏量来形成适度的焊接点；焊盘尺寸；当考虑最小焊盘尺寸时,设计必需考虑到最终通孔 尺寸, PCB制造公差和最小要求环；最小环是从通孔边缘到焊盘 外径的铜材；这是需要用来使电镀简单和机械锚定已镀通孔的 一层铜的最小量的函数；下面给出对于任何最终通孔尺寸的最 小焊盘直径：最小焊盘直径 = 最终通孔直径 + 2 x 最小环 + PCB制造公差 应当留意到最小

9、焊盘尺寸削减了需要用来形成顶面和低面焊接 圆角的锡膏量；锡膏不准入内的区域；通孔元件将要求额外的间隙,没有元件 和暴露通路孔需要锡膏添印；假如有暴露的通路孔太靠近,焊 锡将在通路孔与元件焊盘之间平分,引起锡桥；通孔元件的锡膏不准入内区域应当没有暴露的金属 除焊盘外 ,其它孔和图例油墨；图例油墨可能影响回流期间锡膏的流淌,并引起它分 开,形成锡珠；锡膏添印的考虑 胜利的锡膏添印是锡膏流变学、阻焊和通孔元件支起高度的函 数；高表面能量的阻焊将比低表面能量的阻焊答应更多的添 印；假如添印多,低表面能量的阻焊可能形成锡珠；另外,可焊性较高的焊盘表面抛光e.g., HASL vs. OSP、引脚抛光和较

10、高熔湿强度的锡膏,都有助于使添印回流过程更稳健；锡膏名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 印刷应当掩盖整个焊盘,使焊盘作用在添印区域的熔湿力最 大；所要求的元件支起高度是超出元件焊盘的锡膏量的函数；由于 在不行焊表面的熔锡的外形是球形的,添印的锡膏有一种趋势 在回流期间当它向内移向焊盘时形成球形；元件支起高度必需 大 于 2 x 在 任 何 给 定 方 向 印 刷 超 出 元 件 焊 盘 量 x ；容纳材料的元件不应当与锡膏接触；支起高度不能 3/4n1/3 满意这个要求或添印方式不能重新支配的地方,或许有必要减 少添

11、印尺寸和用台阶式模板来补偿锡膏不足；电器测试考虑这个过程将影响电器在线测试ICT ；当使用闯入式回流工艺,通孔元件的引脚尖和底面焊接圆角掩盖有助焊剂残留,可能导 致不适当的探针接触,假如引脚尖是用来作测试点；将要求额 外的测试焊盘来排除不良的探针接触；另一个可能影响 ICT 的因素是,没堵塞的通路孔引起的真空降 低；对测试的目的,非测试通路孔可以用阻焊遮盖；模板设计 焊锡量；用于通孔回流焊接的锡膏模板印刷的目的是,供应足 够的焊锡量在回流焊接后填充通孔,并在引脚四周形成可接受 的焊接圆角；描述所要求的锡膏量的方程式如图一中所示；有 三种通常用于给通孔递送锡膏的模板设计：非台阶式模板,台 阶式模

12、板和双印模板；开口之间的最小距离；开口之间的网格距离应当最大化,以消名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 除锡桥或由于锡膏塌落引起的焊锡断源；0.006 或更少的模板上的开口之间的细网格会在印刷过程中变形和拉长；下面因素 中的一些将影响网格尺寸：开的口弯尺曲寸模板厚度板板材度刮料印刷机设定 不采纳台阶的添印 这是一个单一厚度的模板,很大的开口使通孔元件满意用于形 成焊接点的锡膏量的要求；该模板类型的截面如图二所示；使 用这种模板的一个例子是,一个两排的连接器,0.10 间距,0.045 直径的通孔和 0.035 的引脚

13、直径, 0.048 厚度的 PCB,在 0.150 的通孔开口范畴内没有其它的元件和通路孔；一块0.085 宽, 0.170 长的开口,和 达到足够的锡膏量,以形成在 点；0.006 厚度的添印模板,可以 PCB 的两面有焊接圆角的焊接名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 用台阶式添印 当单一厚度的添印模板不能供应适当的锡膏量来形成一个可接 受的焊接点的时候,可使用台阶式添印模板；台阶式添印模板的应用是,多引脚排的通孔元件 三或更多 或在 SMT元件和通孔元件之间具有最小不准入内区域的高密度组装板；这个模板类型的一个例

14、子如图三所示；K1 和 K2 是不准入内距离； K2 是通孔开口与台阶边缘之间的距离；名师归纳总结 作为一条设计指导原就,K2 可以小到0.025 ；K1 是台阶边缘第 6 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 到台阶下降区域内最近的开口的距离；作为一条设计指导原就, K1 对每一个 0.001 的台阶下降厚度不应当小于 0.035 ；例如, 0.008 一个台阶下降到 0.006 ,将要求 0.070 的 K1 不准入内距离；也可能把台阶放在模板的接触面,而不是刮板面 图四 ；这种类型的台阶有时对使用金属刮刀更有效；锡膏装载式印刷头没有印

15、刷刀片,但有擦拭刀片；这些擦拭刀片会碰上模板刮刀面的任何台阶；因此,对这类印刷头,要求接触面台阶；同样的不准入内原就用于接触面或刮刀面台阶；台阶样式取决于PCB样式；图五所示带有边缘连接器的PCB；PCB 轮廓由点虚线表示；这种情形,台阶应当比所示的刮刀长度要宽；当刮刀通过刮刀面台阶的加深部分时,不会在端点被支起；金属箔会很简单地往下偏,对接触面台阶,形成良好的和 PCB之间的接触；图六所示,通孔元件交叉在 SMT 元件中间；这种情形,模板在一个很大的区域包括板的区域,向下一个台阶到 0.006 ；仍有,台阶比刮板长度更大,如下列图；在通孔元件区域,模板向上台阶到 面或者接触面；点0.008

16、；向上台阶可以在刮板名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 双印模板 一些通孔元件有小的引脚而大的通孔或密的间距而厚的板；任 何一个情形,使用前两种模板设计都可能造成锡膏量不足；双 印模板可以递送大量的锡膏到已镀通孔中；在这个设计中,一名师归纳总结 块标准的SMT模板 0.006 厚 用来印刷SMD的焊锡块；当SMD第 8 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 锡膏仍有粘性时,一块厚的模板用来印刷通孔锡膏；通常,这要求其次台模板印刷机在线设立,完成这次印刷；这个模板可

17、以达到所要求的厚度 - 一般 0.016 0.030；当厚度要求超过 0.020 时,激光切割、电解抛光的开口由于其优良的孔壁几何外形,供应较好的锡膏释放和全面的印刷性能；这个模板的接触面的任何前面印刷有SMD焊锡块的区域,腐蚀至少0.010的深度；双印通孔模板的截面如图七所示；结论很多 SMT装配工艺工程师已经胜利将通孔装配从波峰焊接转换成回流焊接；这答应两类元件贴装在 流工艺进行焊接；当转换这个工艺PCB上,并使用单一的回 - 以及很多的生意时,有许多需要考虑的设计事项；尽管如此,通孔元件材料类型、引脚 设计、引脚长度、 PCB和模板设计的认真挑选将确保胜利；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页