工程设计混合技术贴装与回流的模板设计.docx

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1、混合技术贴装与回流的模板设计By William E. Col eman, Denis Jean andJulie Bradbury本文回顾用于在通孔焊盘/开口的周围和内面印刷锡 膏的模板设计要求 有必要回顾对于混合技术板的模板设计要求，由于片 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。这衰退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：运用特大模板开 孔来添印锡膏在通孔焊盘区域内的单一厚度模板 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板，和用于在通孔焊盘区域内的印刷锡膏的厚模板（

2、0. 0150. 025 厚度）o厚模板是双印模板工艺中的其次块模板。模板设计的选择依托几个要素。这些要素包括：用于 填充引脚周围已镀通孔以构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；1iil孔元件在板面分布的地位；元件间距；阻焊表面能量；锡膏活性程度；和金属可焊性。背景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运用金属 刮刀更有效。锡膏装载式印刷头没有印刷刀片，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

3、接触面台阶。异样的不准入内准绳用于接 触面或刮刀面台阶。台阶款式取决于PCB款式。图五所示带有边缘连接器的PCB0 PCB轮廓由点虚线表示。这种状况，台阶该当比所示 的刮刀长度要宽。当刮刀经过刮刀面台阶的加深部分时，不 会在端点被支起。金属箔会很简约地往下偏，对接触面台 阶，构成良好的和PCB之间的接触。图六所示，通孔元件交 叉在SMT元件两头。这种状况，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。还有，台阶比刮板长度更大，如图所示。在通孔元件区域，模板向下台阶到0.008。向下台阶可以在刮板面或者接触面。 点Overprint *rl1h step 7“ VitfkrFi

4、gure 5. PCB with an edge connector. In this case, the step should be wider than the squeegee blade length.z.ocrOveqarbit with step卬iX”C.D*Squeeze iM/rl5冲上 o i：or2 Tlifjq - ntwnrr in SMT R ，斗，k Me火.卜 l 比 LlrdrSkfTFigure 6. If through-hole components are interwoven with SMDs, the stencil can be steppe

5、d down and thenback up for the through-hole components.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。任何一个状况，运用前两种模板设计都可能形成锡膏量不足。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，一块标准的SMT模板（0.006厚）用来印刷SMD的焊锡块。当SMD锡膏还有粘性时，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。这个模板可以达到所要求的厚度普通 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秀的孔壁几何外形，供应较好的锡膏释放

6、和 片面的印刷功能。这个模板的接触面的任何后面印刷有SMD焊锡块的区域，腐蚀至少0. 010的深度。双印通孔模板的TlkXucb-hoAeTlkXucb-hoAeTwo-print Through-hole StencflIhTtrrhilr cm*- in*01c OFigure 7, A cross-section of the two-print through-holestencil.截面如图七所示。结论 很多SMT拆卸工艺工程师曾经成功将通孔拆卸从波峰焊接转 换成回流焊接。这允许两类元件贴装在PCB上，并运用单一 的回流工艺进行焊接。当转换这个工艺-以及很多的生意 时，有很多需求考虑

7、的设计事项。虽然如此，通孔元件材料 类型、引脚设计、引脚长度、PCB和模板设计的仔细选择将 确保成功。虽然从通孔元件到SMD的转换曾经是戏剧性的，但很多印刷电路板（PCB）还运用两种技术来组装。在大多数电子拆卸中，将有一些通孔元件在板上。在要求功率的运用中，连接器将连续以通孔方式存在。把通孔元件和SMD 一同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应战。模板必需供应足够的锡膏量来填充通孔，供应良好的焊接点。通孔元件必需可以经受在回流焊接过程中遇到的特殊大的热量。对通孔引脚方式和整个PCB设计必需作特殊的考虑。最近由Gervascio和Wh i tmor e e t a 1发表

8、的论文已讨论了对通孔回流焊接的脚-浸-膏的工艺。通孔元件选择元件材料。元件经常落入“不兼容”的范畴，由于它们 是设计用于波峰焊接的一元件身体的温度典型的比 回流焊接工艺低50 100o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：可接受材料:列表：可接受材料:D i a11y1 Phthalate;Fluorinated Ethylene Propylene (FEP); Neoprene; Nylon 6/6; Perfluoroalkoxy (PFA) resin; Phenolic ; Polyamide-imide; Polyarylsulfone ; Polyester ; T

9、hermo set; Polyetherimide; PolyethyleneT erephthalat e; Polyimide; Polysulfone ;Polytetrafluoroethylene (PFTE);Silicone; Polyphenylene Sulfide (PPS);Liquid Crystal Polymer (LCP);Polyetheretherketone.不行接受材料：Acrylonitri le ButadieneStyrene (ABS) ; Acetal po1ymer; Acrylic ;Cellulose Acetate Butyrate (C

10、AB);Polybutylene Teraphthalate (PBT);Polybutyl ene; Polycarbonat e;Polyethylene ; Polyphenylene Oxide;Polypropylene; Polystyrene; Polyvinyl Chloride (PVC); PolyethyleneTedrephthalat e (PET).引脚类型：直脚比较锁脚通孔元件将经常有很高的保持力，波峰焊接时期用来 保持元件的地位。在闯入式回流焊接中，这种力气没 有必要。高插入力气将使手工或自动插件简单化，产 生通孔元件插件或贴装时期的缺陷机会。通孔元件的 插件力

11、气必需小于贴装设备的Z轴力气；抱负的，插 件力该当趋于零。插件振动该当保持到最小，以防止 较小的SMD位移。元件选择必需考虑到机器限制(贴 装精度，贴装力气，视觉力量和送料机构)和人机工程学要素。有高引脚数的通孔元件该当有手工贴装的定位特征,定位特征,指点操作员对焊盘孔的适当定位。引脚长度引脚长度不该当超过PCB厚度的0. 050。当引脚插入，一些锡膏被顶出孔,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，增添了 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，几个要素起作用：贴装精度公差（A）PCB通孔地位公差（B）PCB通孔尺寸公差（C） 零件引脚地位

12、公差（D）引脚直径公差（E） 要素设正常和独立地分布的，每个要素的自然公差限阅历显示,:坏状况的分析不总是必需的。假设这些（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向的估量的公差的平方和 开平方根。打算元件通孔尺寸的方程式如下: 最终孔径二名义引脚直径+ （A2+ B2+ C2+D2 + E2）在最终通孔中成功插件的概率可从Z表估算，由于在正态分布中，自然公差限为:可是，该当留意到，元件引脚与最终通孔尺寸之间的 间隙越大，需求越多的锡膏量来构成过度的焊接点。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

13、孔边缘到焊盘外径的铜材。这是需求用来使电 镀简约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：（最小环）+最小焊盘直径二最终通孔直径+ 2 xPCB制造公差该当留意到最小焊盘尺寸增添了需求用来构成顶面和 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求锡膏添印。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，惹起锡桥。通孔元件的锡膏不准入内区域该当没 有暴露的金属（除焊盘外），其它孔和图例油墨。图例 油墨可能影响回流时期锡膏的流淌，并惹起它分开, 构成锡珠。锡膏添印的考虑 成功的锡膏添印是

14、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 焊允许更多的添印。假如添印多，低表面能量的阻焊 可能构成锡珠。另外，可焊性较高的焊盘表面抛光(e. g. , HASL vs. OSP)、引脚抛光和较高熔湿强 度的锡膏，都有助于使添印回流过程更稳健。锡膏印 刷该当掩盖整个焊盘，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 的锡膏有一种趋向在回流时期当它向内移向焊盘时构成球形。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3) /4nl/3 o包容材料的元件不该当与锡

15、膏接触。支起高度不能满足这个要 求或添印方式不能重新支配的地方，或许有必要增添 添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)。当运用闯入式回流工艺，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衰退不良的探针接触。另一个可能影响ICT的要素是，没堵塞的通路孔惹起的真空降低。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，并在引脚周围构成可接受的焊接圆角。描画所要求的锡膏量的方程式如图一中所示。

16、有三种通常用于给通孔递送锡膏的模板设计：非台阶式模板送锡膏的模板设计：非台阶式模板,台阶式模板和双印模板。nr*T t vW pvr*wr2工 iSm hai/jr* 山一M*r m 4r(4rvcioJ vdy ,AAfNU i4J ivud 新4门 ，Uq etna一 V2 ITW 11 HN ROM IJI f CMT*yt 9)x 2P OJimj gx ZMi yJW 7ltr 241一“，c 9Al.V,t)rr*C bu kvrrnJ jyirmkl vt wb(i，i t” 3，T ”131 Tf tir ， z h u( !； 1Mtrc i JSaicJr v x* *l-

17、kvJ 卓2,“gS 4T4 M X SkpPV d tt4 M IB r4Figure 1. The required volume of solder paste to createacceptable solder fillets in through-hole reflow.开口之间的最小距离。开口之间的网格距离该当最大化，以衰退锡桥或由于锡膏塌落惹起的焊锡断源。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。下面要素中的一些将影响网格尺寸:开口尺寸模板厚度板的弯曲度刮板材料印刷机设定不接受台阶的添印 这是一个单一厚度的模板，很大的开口使通孔元件满足用于 构成焊接点

18、的锡膏量的要求。该模板类型的截面如图二所 示。运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的引脚直径, 0. 048厚度的PCB,在0. 150的通孔开口范围内没有其它的元件和通路孔。一块0.085宽，0.170长的开口，和0. 006厚度的添印模板，可以达到足够的锡膏量，以构成在PCB的两面有焊接圆角的焊接点。Overprint No-stepSide ViewStencilBoard/SMTpadThrough-hole padThrough-holeFigure 2. A cross-section of a single-thickne

19、ss stencil with oversized apertures.Overprint with step (squeegee side)Side View陷|1 Stencil=B-, = I=Through-hole BoardFigure 3. An example of a step overprint stencil.Overprint with step (contact side)Side View*| StencilHa.JI=Through-hole padSMT padThrough.hole BoardFigure 4 Putting the step on the

20、stencils contact side, rather than its squeegee side, is often convenient when using metal squeegee blades.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构成一个可接受的焊接点的时分，可运用台阶式添印模板。台阶式添印模板的运用是，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。作为一条设计指点准绳，K2可以小到0. 025。K1是台阶边缘到台阶下降区域内最近的开口的距离。作为一条设计指点准绳，K1对每一个0. 001的台阶下降厚度不该当小于