基于再流焊技術的導通鍍覆孔透錫工藝研究

孫亞芬，曹　凱

(西安北方光電科技防務有限公司，陜西 西安 710043)

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基于再流焊技術的導通鍍覆孔透錫工藝研究

孫亞芬，曹凱

(西安北方光電科技防務有限公司，陜西 西安 710043)

針對印制線路板潛在的銅鍍層不連續或銅鍍層空調現象，研究了基于再流焊技術的導通鍍覆孔透錫工藝及實現流程。經工藝試驗驗證，取得了良好的效果，并具有一致性好、可靠性高等優點，為某些高可靠性產品需求提供了實用價值較高的借鑒經驗。

鍍層空洞；再流焊技術；透錫工藝；印刷鋼網模板

在印制線路板制作過程中，內層導電層和導通鍍覆孔孔壁的銅鍍層會出現鍍層空洞，嚴重的甚至會出現環狀鍍層空洞現象[1](見圖1)。針對某些高可靠性要求的產品，尤其是航天軍工類產品，為了降低印制線路板上導通鍍覆孔的缺陷率，確保整板電氣連通性能，通常都會在生產流程上增加導通鍍覆孔透錫工藝，以解決印制線路板潛在的銅鍍層不連續或銅鍍層空洞現象。

圖1　環狀鍍層空洞

1　再流焊技術[2]

1.1定義

再流焊又稱回流焊，是一種用于各類表面組裝元器件的焊接技術。它提供一種加熱環境，使預先分配到印制線路板焊盤圖形上的膏狀軟釬焊料重新熔化，從而讓表面貼裝元器件(SMC/SMD)和印制線路板焊盤通過焊錫膏合金可靠地結合在一起。由于再流焊技術具有操作簡單、效率高和質量一致性好等優點，因而逐漸成為了電路板組裝技術(SMT)的主流。

1.2工作機理

預先在印制線路板的焊盤上印刷好適量和適當形式的焊錫膏，再把SMC/SMD元器件貼放到相應的位置，利用焊錫膏具有的粘附性將元器件固定；然后將貼裝好元器件的電路板放入再流焊接設備實施再流焊接，通過外部熱源加熱，使焊錫膏熔化而再次流動浸潤，從而將元器件焊接到印制線路板上。

2　導通鍍覆孔透錫工藝

2.1鍍覆孔透錫要求

根據GJB 362B—2009第3.5條對三級產品導通鍍覆孔的要求(見表1)，所有孔壁應完全潤濕，印制線路板上的任何導通孔都不應出現不潤濕或露底金屬的嚴重缺陷。

表1　導通鍍覆孔透錫要求

2.2傳統的透錫工藝

傳統的透錫工藝是首先對SMC/SMD元器件進行表面貼裝焊接，然后再對印制線路板上的導通鍍覆孔進行手工透錫操作，手工透錫的理想效果如圖2所示；但在具體實現過程中，往往會由于烙鐵加熱溫度不均勻、焊錫潤濕性差等因素造成透錫填充效果不良。傳統的透錫工藝一是耗時費力，二是不能滿足可靠性要求高的軍工類產品質量需求；因此，急需一種便捷、高效和透錫一致性高的新工藝或新方法來解決上述問題。

圖2　導通鍍覆孔手工透錫的理想效果

2.3再流焊技術的透錫工藝

針對上述問題，本文提出了一種利用再流焊技術解決鍍覆孔透錫問題的新工藝及新方法。該新工藝的創新點是利用再流焊技術，借助表面貼裝生產線的生產設備，在原來只設計有SMC/SMD元器件印刷圖形窗口的印刷鋼網模板上，對印制線路板上需要填充的導通鍍覆孔進行開孔設計，一次性解決了SMC/SMD元器件表貼焊接生產和印制線路板導通鍍覆孔透錫操作，從而實現了軍工產品的高可靠性、導通孔透錫及焊點低缺陷率、工藝優化及生產自動化，大大提高了質量可靠性和生產效率。

2.42種工藝流程對比

傳統透錫工藝和再流焊透錫工藝的流程對比如圖3所示。

圖3　2種透錫工藝流程對比

3　新型透錫工藝的實現

新型透錫工藝實現流程如圖4所示。

圖4　新型透錫工藝實現流程

3.1印刷鋼網模板設計[3]

根據表貼生產線焊膏印刷機的印刷機理，對印刷鋼網模板進行了重新設計，設計原則如下：根據導通鍍覆孔再流焊透錫與SMC/SMD元器件再流焊接在再流焊爐內一次完成的原則，在原本只開有元器件印刷圖形窗口的鋼網模板上，增加了印制線路板上需要透錫的導通鍍覆孔的印刷窗口。改進后，印刷鋼網模板在印刷過程中，通過開口部位就可以將焊錫膏一次性轉移到元器件印刷圖形和需要透錫的導通孔上，從而高效地完成焊錫膏定位轉移印刷。

在設計實現過程中，為了保證模板上導通孔焊環窗口邊緣正好落在印制線路板的焊環上，并遵循模板窗口尺寸比導通鍍覆孔焊環外徑小0.1 mm的原則，同時也為了起到保護模板窗口及確保板上SMC/SMD元器件圖形的印刷效果，本文兼顧考慮了印制線路板上元器件引腳間距類別和導通鍍覆孔的孔徑尺寸，最終確定選用0.15 mm厚度的金屬模板。導通孔的開口尺寸按式1進行設計。

ds=dj+2R-0.1

(1)

式中，ds是開口尺寸；dj是孔徑；R是焊盤環寬。

3.2印刷鋼網模板制作

新設計的印刷鋼網模板制作完成后，與原模板的實物對比如圖5所示。

圖5　印刷鋼網模板對比圖

3.3工藝驗證

試驗樣件為板厚δ=1.5 mm的環氧玻璃纖維布覆銅印制線路板。由于設計的導通鍍覆孔直徑大多為0.8～1.2 mm，根據國軍標對導通鍍覆孔的透錫要求，印刷機設備工藝參數的設定也成為該工藝實現的關鍵。在印刷機工藝參數設定過程中，在保證SMC/SMD元器件表面貼裝焊接質量和導通鍍覆孔透錫質量的前提下，經多次試驗驗證后，不同參數的再流焊透錫工藝驗證效果如圖6所示。從圖6中可以看出，試驗樣件上導通鍍覆孔的透錫質量及效果改善明顯，導通鍍覆孔內填充焊料也全都攀升至孔口并延伸到孔口連接盤上，滿足國軍標三級產品要求。

圖6　再流焊透錫工藝中不同參數驗證效果圖(正面與剖面)

4　結語

通過對再流焊技術應用于印制線路板導通鍍覆孔透錫工藝的研究，系統性地解決了導通鍍覆孔傳統手工透錫工藝中存在的效率低下及填充不良等問題，并驗證了SMC/SMD元器件焊接和導通鍍覆孔透錫一次完成的工藝實現方法。該工藝的實施，不僅使透錫效果達到了預期目標，更是提高了表面組裝工藝適應性，滿足了生產所需，有效地提高了電子產品組裝的整體可靠性和生產效率。

[1] GJB 362B—2009，剛性印制板通用規范[S].

[2] 杜中一. SMT表面組裝技術[M]. 北京：電子工業出版社，2012.

[3] 顧靄云.表面組裝技術(SMT)基礎與通用工藝[M]. 北京：電子工業出版社，2014.

責任編輯鄭練

Research of Via Tin-process based on Reflow Soldering Technology

SUN Yafen, CAO Kai

(North Electro-optic Co.， Ltd., Xi’an 710043, China)

Based on reflow soldering technology, describe the process and realize the procedure of via tin-process. Finally, through the experimental test and process validation, the results indicate that the research has advantage over traditional methods in consistency and reliability. It is often applied to some high-reliability products according to the practical situation.

coating void, reflow soldering technology, tin-process, printing metal stencil

TJ 760.5

A

孫亞芬(1971-)，女，高級工程師，主要從事導引頭制導技術及表面組裝技術等方面的研究。

2016-04-22