1 引言

    在傳統(tǒng)的電子組裝工藝中，對于安裝有過孔插裝元件(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孔焊盤對齊，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通過回流焊完成焊接。從中可以看出穿孔回流焊相對于傳統(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)省了費用，同時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率。穿孔回流焊相對傳統(tǒng)工藝在經(jīng)濟性、先進性上都有很大優(yōu)勢。通孔回流焊接技術(shù)起源于日本SONY公司，20世紀90年代初已開始應(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，無論對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，流動性好，便于流入通孔內(nèi)。一般在SMT工藝以后進行通孔回流，若SMT采用的焊膏合金成分為63Sn37Pb，那么為了保證通孔回流時SMT元件不會再次熔化而掉落，焊膏中焊錫合金的成分可采用熔點稍低的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→線路板機械定位→印刷焊膏→送出線路板。

2.1.3 焊膏印刷示意圖(見圖1)

(1)刮刀：采用鋼材料，無特別的要求，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)，印刷速度的快慢對印在PCB上焊膏的份量有較大的影響。

2.1.4 工藝窗口
在機器設(shè)置完成后，只有印刷速度可通過電子調(diào)節(jié)。要達到好的印刷品質(zhì)，必須具備以下幾點：
(1)漏嘴的大小合適，太大引起焊膏過多而短路，太小引起焊膏過少而少錫；
(2)模板平面度好，無變形；
(3)各參數(shù)設(shè)置正確(機械設(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、開關(guān)等。元件在插入前線腳已經(jīng)剪切，在焊接后無須再剪切線腳，而波峰焊是在焊接后才進行元件線腳剪切。

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，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個溫區(qū)：兩個預(yù)熱區(qū)，一個回流區(qū)，一個冷卻區(qū)。只有下部才有加熱區(qū)，而上方則沒有加熱區(qū)，不像SMT回流爐上下都有加熱區(qū)。這樣的設(shè)計可以盡量較少溫度對元件本體的損壞。兩個預(yù)熱區(qū)和一個回流區(qū)的溫度可以獨立進行控制，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 點焊回流爐回流區(qū)工作示意圖(見圖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

    對某些如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
(1)焊接質(zhì)量好，不良比率PPM(百萬分率的缺陷率)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)計無須像波峰焊工藝那樣特別考慮。
(4)工藝流程簡單，設(shè)備操作簡單。
(5)設(shè)備占地面積少，因其印刷機及回流爐都較小，故只需較小的面積。
(6)無錫渣問題。
(7)機器為全封閉式，干凈，生產(chǎn)車間里無異味。
(8)設(shè)備管理及保養(yǎng)簡單。
(9)印刷工藝中采用了印刷模板，各焊接點及印刷的焊膏量可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
(1O)在回流時，采用特別模板，各焊接點的溫度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)。

3.2 與波峰焊相比的缺點：
(1)此工藝由于采用了焊膏，焊料的價格成本相對波峰焊的錫條較高。
(2)須訂制特別的專用模板，價格較貴。而且每個產(chǎn)品需各自的一套印刷模板及回流焊模板。
(3)回流爐可能會損壞不耐高溫的元件。在選擇元件時，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，且保持一定的時間，使焊膏完全熔化，最高溫度在200～230℃。在178℃以上的時問為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，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實現(xiàn)對插裝元件的焊接，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)的插件焊點的焊接，這時傳統(tǒng)的波峰焊接已無能為力，另外通孔回流焊能極大地提高焊接質(zhì)量，這足以彌補其設(shè)備昂貴的不足。通孔回流焊的出現(xiàn)，對于豐富焊接手段、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。可以預(yù)見，通孔回流焊將在未來的電子組裝中發(fā)揮日益重要的作用。