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把SMD零件改成通孔回流焊(Paste-In-Hole)製程會有何差別及影響?
老闆今天丟給工作熊一個問題：「假設同一片板子，要把同一個零件從原本的純SMD零件，改成傳統插件製程或SMD焊腳+通孔定位柱並採用「通孔印錫膏(PIH, Paste-In-Hole)」或「通孔回流焊(Reflow Of Through-hole, ROT)」，這樣對產線及設計會造成什麼差別及影響？」
當時馬上在頭上冒出了三條線，但不管自己喜不喜歡都得開始思考這個問題。後來才知道，原來是為了避免連接器被粗魯的客戶插壞掉下來的解決方案之一。
PIH(Paste-in-Hole)有時候又稱為PIP(Pin-In-Paste)，或稱之為「侵入式回流焊接 (Intrusive Reflow Soldering, IRS)」，以及「通孔回流焊(Reflow Of Through-hole, ROT)」等。PIH(通孔印錫膏)及ROT(通孔回流焊)這兩個名稱比較可以理解，但PIH(針腳侵入錫膏)及IRS(侵入式回焊)這兩個名詞則讓有些人摸不找頭緒，這是因為錫膏印刷通常是給SMD零件貼焊在PCB及錫膏的表面用，但PIH/PIP/ROT/IRS則是要讓通孔零件零件的焊腳(pin)穿過PCB及錫膏來做焊接，這樣就會有侵入(intrusive)及進入(in)錫膏的動作。
工作熊首先想到的是PIH製程的傳統插件零件(THD, Through-Hole Device)因為要走SMT的高溫reflow製程，所以零件設計必須要符合以下規範，否則可能得不償失：
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PIH零件最好要有捲帶包裝(tape & Reel)，這樣才能使用SMT機器貼片/打件，如果沒有捲帶，至少也要使用硬tray盤。
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PIH零件的材質必須要能夠承受SMT reflow的高溫，一般要求PIH零件放在第二面才過爐，如果只是過一次爐，以目前無鉛製程最好要求至少可以承受260˚C持續10seconds以上。
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PIH零件的焊腳不可以有彎腳(kink)及緊配(tight fit)的設計，否則零件將很難用機器貼片到板子上，如果勉強使用人工作業或插件機來插入這類零件，可能會因為需要加壓電路板才能插入零件，造成電路板的振動，最後造成電路板上已經打好的零件偏位或掉落。
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PIH零件必須要在零件最上方設計有個平面讓SMT的吸嘴可以吸取，也可以在上面貼一片防漏氣的高溫膠帶，但要讓吸嘴吸取零件時可以保持平衡。
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PIH零件焊腳與電路板交界的地方要保留0.2mm以上的空隙/架高(standoff)，用以防止錫膏沿著零件底部與PCB表面的細小縫隙發生毛細現象(Capillary action)而造成溢錫，導致不可控的錫珠產生殘留於零件底部，最終影響產品功能的不確定性。
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PIH零件焊腳的高度建議超出電路板厚度0.3mm~1.0mm即可（實做幾次後工作熊發現焊腳超出板厚的長度建議在0.2～0.6mm較佳），焊腳太長不利取放件作業，而且還會造成吃錫填孔率不足等問題，焊腳太短或長度低於板厚則又容易因為無法形成足夠吃錫面積而造成零件脫落的風險，因為會採用PIH製程的零件大多是對外的連接器。
至於變更純SMD零件成PIH或SMD+PIH零件對製程及產品有何影響，下面工作熊試著歸納出幾個重點：
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工時：這兩種零件的打件時間應該沒有太大差異，但是如果通孔的焊腳較多，對位需要比較精準，時間上可能會長一點。
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成本：PIH零件的成本可能會比純SMD增加，因為多了一些穿孔的PIN腳，而且需要使用可以耐較高溫的材料。
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SMT打件零件間的間隙：根據經驗打PIH零件的間隙要求最好有1.5mm以上，而純SMD零件則只要在1.0mm就可以了，有些甚至可以在縮小到0.5mm。這是因為PIH的焊腳比較容易變形，所以通孔也會設計的大一點，一般建議焊腳直徑/通孔直徑的比率為0.5～0.8，其打件的偏差度也會比較大，所以需要比較大的間隙。
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重工及修理：一般來說PIH零件會比純SMD零件難重工與維修，因為更換零件的時候需要把通孔中的銲錫移除，這點以現今的技術來說是比較困難的工藝，當然也可以考慮把整個零件破壞掉，但相對之下PIH零件重工的困難度還是比較高。
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電路板空間使用率：PIH零件的背面因為有PIN腳伸出，所以電路板上的使用空間就相對的變少了。
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吃錫填孔率問題：依據IPC-A-610規定(Class II)通孔零件焊腳的通孔吃錫率必須超過75%，但有時候先天上的限制，很難使用正規的錫膏印刷達到這樣的錫量，所以有時必須額外增加焊錫量。
延伸閱讀： 四種方法教你如何局部增加SMT製程中的錫膏或焊錫量
其實話說回來，把SMD零件改成插件PIH製程，其焊錫強度會比純SMD來得強，也可以承受更大或更多次的外力插拔，依據以往的經驗，其承受力大概可以變成1.5倍以上，當然也要看PIN數及PIN腳的粗細而定。
有機會的話，大家也幫工作熊想想如何回答這個問題吧！
延伸閱讀：
如何將錫膏印刷於電路板(solder paste printing)
SMT回流焊的溫度曲線(Reflow Profile)解說與注意事項
增加焊錫量的另一選擇 ─ Solder preforms (預成型錫片)
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訪客留言內容（Comments）
第一個想到的居然是做切片看到的不良(孔洞、填滿率)又要增加了…|||
題外一問: “PIH零件焊腳與電路板交界的地方要保留0.2mm以上的空隙，用以防止虹吸現象發生，造成溢錫，產生錫珠的問題。” 這個空隙，業界有共用的稱呼方式嗎? (我們公司要求零件廠商設計0.3mm以上，稱做standoff…)
另，重工和修理那邊有錯字: 現金→現今
PIH因為pin 腳要精準打入孔中, 工時應該會比傳統的SMT 的零件慢, 另外 pin 腳凸出那面的ring 第一面上錫時也可印上錫膏,當然錫膏用量會增加,灌孔75%我的認知是針對波峰焊製程,單純SMT製程應該不容易達到,請參考
版大，就我記憶所知W廠、I廠及Q廠的server板客規都差不多是這樣，聽說是因為有連接到inner-layer會吸熱導致孔的爬錫效果不好。網通板的規範我忘記了。OSP板容易遇到不吃錫的問題，以前常被客訴>”<，無鉛噴錫及化金板幾乎沒有。倒是從來沒有遇到DIMM孔上件後在震盪及掉落測試中發生掉件。
以上各位大大參考
I廠的標準就是75%/50%!! 因為檢驗規範是我做的-.-”
PIP在置件的時候一般會降速及下壓,所以花掉的秒數絕對比SMT type慢上
1~2秒鐘,10000顆零件後秒數差異就很大了!!
重工的話一般都是用小錫爐,若沒有小錫爐還真的會修的很痛苦!!
剛剛翻了一下IPC-610E(最新是F版,還沒拿到手,不知道有沒有差異)
若是以level 3為標準,確實只能75%
Level 1~2為標準,是有例外情況可接受50%的,
但不是所有pin都能適用這個條件
就如”滷蛋”所說的
參考章節7.3.5/7.3.5.1
針對PIH部位的鋼板可選用STEP 加厚方式;
印刷時可調整印刷行程中的速度，PIH部位可放慢一些，多擠點錫進HOLE裡面,如三段式印刷 慢－快–慢;
貼片機和爐膛對PIH零件的高度有限制，需考慮到;
爐前得安排一員工全檢;
工藝邊放置要考量PIH零件對裁板的影響.
熊大您好,,
我們近一年被客戶要求導入Display Port以及USB TypeC connector
這兩種connector都有其協會規範, 在PIH的開孔直徑僅0.4mm, 針腳直徑0.12mm.
我公司SMT工程師反應,此開孔太小,無法自動上件,而手擺上件不良率高達50%.
SMT工程師要求供應商修改規格,而供應商亦不敢違反協會規範
雙方都有其道理,
想請問對於0.4mm開孔的PIH件,是否上件真如此困難?
或是有什麼小技巧可改善此製程?
謝謝
您好，想請教文內中提到的”PIH零件焊腳與電路板交界的地方要保留0.2mm以上的空隙，用以防止虹吸現象發生…”，此處是如何產生虹吸現象? 還是您指的是防止焊腳爬錫的毛細現象(Capillary action)呢? 謝謝。
熊大你好
兩個問題
1.USB TypeC connector PIH作業的Pin pitch只有0.8mm針腳直徑0.12mm下，開孔直徑僅0.4mm。
錫膏如果是用鋼板印刷方式作業，有什麼方式可以改善通孔填錫呢?
2.多層板通孔的填孔率要Follow IPC規範，如果換成單面板卻沒有這樣的問題，只因為沒有導通孔就不用嗎?
以上問題請教
1.局部增加錫量可以參考這篇文章【如何讓通孔元件/傳統插件走回焊爐製程(Paste-in-Hole, PIH)】，其他就是設計限制了。
–感謝
2.不是很瞭解你說的單板沒有填孔率的問題。如果有通孔回流焊製程，不論多層板或單層板都需要遵守填孔率，這關係到的是焊接強度，只有填孔率達到一定程度才能提昇零件因為振動、搖晃、摔落等應力的承受能力。
–單面板(FR-1 or Cem-1)沒有導通孔(PTH)只靠著背面Wave soldering吃錫，如果關係到的焊接強度就都應該使用有通孔吃錫的板子。那為什麼還是很多單面板的產品?
還是需要通孔填錫的零件才需要遵守(如Type C),
沒有焊接強度的零件就不需要沒有焊接強度的零件就不需要?
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电路板的空间使用率不仅仅是背面出脚的影响，还有插件的引脚密度必然不会有SMD的密度大，会使PCB的面积加大，这也带来了PCB本身的成本上升。
至于你提到的插件的返修，根据我在工厂的经验，是不需要清理孔里面的锡的。返修的过程是在小锡炉上先把旧的器件拔下来，然后板子不动，趁着孔里面的锡还是熔化的，再立即插一个新的器件上去。当然，即使这样也比SMD返修的成本高。
不过个人觉得通孔回流也不是一无是处。比如一些热熔很大的插件，采用传统波峰焊，上锡量很难保证75%，而如果器件能解决耐高温的问题而采用预印锡+通孔回流，则解决了爬锡高度的问题