讓通孔元件/傳統插件也走回焊爐製程(paste-in-hole)

電路板的焊墊設計與錫膏印刷開孔

Past-In-Hole (通孔印錫膏PIH)就是把錫膏 (Solder paste) 直接印刷於 PCB (Print Circuit Board,電路板) 的電鍍通孔(PTH, Plating Through Hole)上面,然後再把傳統插件/通孔元件(DIP insert parts)直接插入已經印有錫膏的電鍍通孔裡,這時電鍍通孔上的錫膏大部分會沾粘在插件零件的焊腳上,這些錫膏經過迴焊爐的高溫時會重新熔融,進而焊接零件於電路板上。

這種工法還有其他的名稱叫「引腳浸錫膏(pin-in-paste)」、「侵入式回流焊接 (intrusive reflow soldering)」 和「通孔回流焊(ROT, reflow of through-hole)」等。







這種工法的好處是可以免去手動焊接(hand soldering)或波焊(Wave Soldering) 的製程並進而節省作業工時(Labor),同時也可以提昇焊接的品質,減少焊接短路(Solder short)的機會。

但這種工法卻有下列的先天限制:

另外,焊錫量是這種工法的最大挑戰。IPC-610對通孔焊接點的可接受標準焊錫量必須大於載板厚度的75%以上,某些要求50%就可以了。(請參考下圖,詳細規格請查詢 IPC-610 section 7.5.5.1)
PTHsolderverticalfill752 PTHsolderverticalfillcriteria2

至於錫膏量的計算,可以用通孔的最大直徑減去引腳的最小直徑,然後乘上電路板的厚度取得,要記得再x2,因為錫膏內的助焊劑佔了50%,也就是說經過reflow以後,也就是說錫膏的體積只會剩下到原來印刷錫膏的一半。

所需錫膏量體積 ≧ [(通孔的最大直徑 /2)2- 引腳的最小直徑/2)2]× π × 電路板的厚度 × 2

那要如何增加通孔的焊錫量呢?下面幾個方法提供給您參考:


延伸閱讀:
迴流焊的溫度曲線 Reflow Profile
增加焊錫量的另一選擇 ─ Solder preforms (預成型錫片)
導通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則




訪客留言內容(Comments)

學習了!呵呵~

也歡迎你提供意見!

您好請問錫膏是要塗在DIP零件面嗎?

錫膏還是印刷在電路板上面,而且是DIP零件面喔!並直接蓋住通孔,
插件的時候直接插在有印刷錫膏的通孔上,這樣錫膏就會沾黏在DIP的零件腳上,
記得要注意錫量夠不夠、零件能不能耐迴焊爐的高溫。

版主你好:
文中有提到IPC-610規範錫量需大於載板75%,在實物應如確認錫量是否有到達規範?

Ling;
一般使用目測就可以看出來有沒有達到75%了,其實最好是填滿。

感動你的動力與熱情, 加油.

板主你好,如果想讓通孔元件有100%的吃錫量
看起來只能再元件面刷錫膏,然後再過波峰爐才有可能
如果純粹dip元件過波峰爐是否無法到達100%吃錫量

另外如果DIP元件面還有SMT元件,通常不是先走SMT再走DIP
這樣的話DIP元件面就無法再刷錫膏過波峰爐了

很好奇市面上的過孔元件100%填充到底是怎做到的?

Hank;
我想你應該有所誤解,波焊(wave soldering)一定可以100%通孔吃錫,反而是paste-in-hole比較難100%通孔吃錫,一般波焊一定最好要同時使用擾流波及平波,擾流波可以有效提高吃錫率,另外波焊的孔洞設計會比paste-in-hole的孔大一點,才能讓錫往上吃滿。Paste-in-hole製程想要達到100%通恐吃錫也不是不可能,可以使用solder performs來增加錫量。

了解,重看了一下發現我誤解了意思
版大想問一下一般波峰焊孔洞要如何設計才能讓垂直填充量到100%
小弟我是做佈線的,最近製造反應垂直填充連75%都不到
有試過加大孔徑與減少過爐速度,填充量才能到75~90%
但怎樣都無法到100%

是可以從哪些方向下手嘗試看看?

Hank;
就如同之前的回答,波焊是可以達到100%通孔焊錫的,就如同你的了解,加大孔徑讓錫可以溢到PCB表面。另外,還要讓PCB的設計上兩面都要有Annual ring的焊墊,這樣錫才可以留在PCB兩端,接著就要看零件腳的鍍層了,先確保零件腳沒有氧化,再來選擇焊錫較好的鍍層,鍍錫的零件腳會比鍍金的零件腳好焊。最後確認波焊爐有開第一波(擾流波)。

了解,目前我的Annual ring的設計上是兩面都有
基本上大小大約是孔徑的兩倍大,如孔徑1mm,Annual ring就是2mm
Annual ring的設計上有分零件面與過爐面嗎?
我個人是認知焊墊的設計上是越大對於吃錫上越好

Hank;
如果你還是有問題,建議可以把你的板子沒有吃到75%的圖Email過來看一下,如果不擔心公司圖片公開,也可以發到FB討論區

我是建議確認一下鋼板的開法,是否有補償開法??
板子越厚就越不可能在錫膏印刷的時候將PTH用錫膏塞滿
除非是擠壓式印刷(早期有用過Fuji錫膏印刷機就會知道)
所以需要補償開法來補不足的錫,
另外也要確認零件的pin腳的長度與寬度,
越長及越寬很容易將已經印刷在PTH孔內錫膏擠出來
再過爐的時候因為重力沒被拉回來而掉到reflow內
補償開法是為了彌補這樣的錫膏損失
IPC規範只要75%以上即可,而且還區分Ground & signal pin(75%/50%)
可以先了解一下貴公司產品適不適用這個規範!!!

所需錫膏量應該是所需錫膏量 ≧ (通孔的最大直徑 - 引角的最小直徑) × 電路板的厚度*2,需要乘2才對,因為體積比1:1,過濾后助焊劑等成份揮發,另外這也是理論值,可以作為參考,實際印刷過程中會有錫膏將孔內填充一部份

Damon;
謝謝您的提醒,已經訂正過來了,其中也發現許多錯字,一併更正了。

很受启发,按照您的描述将我司款产品进行通孔焊设计试验,初步试验成功,还没有量产,量产问题应该没有问题!
希望再有精彩的文章,谢谢!

想請教一下,所需錫膏量體積 ≧ (通孔的最大直徑 - 引腳的最小直徑) × 電路板的厚度 × 2

為什麼是用”通孔直徑-引腳直徑”,而不是用”通孔面積-引腳面積”呢?
面積乘以厚度不是才是體積嗎?

謝謝您

Yun;
You are right.

謝謝工作熊的回覆
看了您的文章學了很多東西!

想再請教您,我們已可從您的文章得知所需錫膏量的理論值,
那有沒有辦法在實際的情況下,去估算真正會使用到的錫膏量呢?

比如說我先猜想 實際錫膏量 = 用pad(焊墊)面積*鋼板厚度
可惜我假設了一些參數, 但都小於所需錫膏量的理論值好幾倍

Yun;
錫膏量的計算基本上要用鋼板開孔的面積X鋼板的厚度。
有些錫膏不足是因為被零件腳吸走了,至於零件腳會吸走多少錫膏量得視實際狀況,錫膏內容、零件腳鍍層、零件腳形狀等都會影響。所以你的錫膏需求量就得視實際狀況了。

原來是這樣!
非常感謝您的回覆

dear 版主,所需錫膏量看來是圓柱空間的體積,
所以所需錫膏量體積公式應該是這樣,
[(通孔的最大直徑^2 - 引腳的最小直徑^2)/4× π × 電路板的厚度 × 2

yi hsien;
You are right and update it.

dear 版主,
依 pin in paste的製程錫腳外觀沒有辦法達到ipc610的規範
請求解決

Lonn;
ipc610規格那麼多,你是哪個外觀有問題?

波峰焊使用305 鍚棒含銅量日益升高如何定義含銅量標準?

Ion;
各家的錫棒應該都有標準,請查詢錫棒商家。

有木有國際規範?


訪客留言注意事項:
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 歡迎您訂閱本部落格的最新文章,當有新文章時會主動以電子郵件通知你。

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)