一圖說明SMT通孔回流焊(PIH)製程的印刷焊錫量如何計算

最近看到有網友頻頻詢問關於通孔回流焊(ROT, Reflow Of Through hole)或通孔錫膏(PIH, Paste in Hole)的通孔填滿錫膏量需求計算公式。當然本文說明的是假設理想狀況下的焊錫與錫膏需求量,而且是假設焊腳長度超過板厚在一定範圍內,焊腳尖端沾付的錫膏在高溫下熔融後可以回流到焊腳與PCB之間。

如果你的案例是零件焊腳長度根本就沒有超過板厚,那你必須要先決定你的焊錫是只要在孔內蓋過焊腳尖端就可以,還是必須填滿通孔?工作熊以力學的角度來看,這種案例只要焊錫蓋過焊腳尖端就可以了,焊錫增加無助焊錫強度。







參考文章最上方的圖例,最左圖為通孔焊接的理想情況,所以焊錫不只完全填充通孔,而且還可以在板子的上下兩面都形成有效的圓弧(fillet)。

所以,理想的焊錫體積 Vt = Vpth(通孔內的焊錫量)+ 2Vfillet(PCB上、下兩面的爬錫圓弧體積)

請注意:錫膏的成份中,如果以體積來計算其比率,則錫粉與助焊劑的比率大約50%:50%。所以, Vs (錫膏體積實際需求量)= 2Vt(兩倍的焊錫體積)

那通孔回流焊零件的焊錫體積是如何計算得來的呢?

Vt(總焊錫體積需求量) = Vpth(通孔內的焊錫量)+ 2Vfillet(PCB上、下兩面的爬錫圓弧體積)

1) Vpth(通孔內的焊錫量) = 通孔體積 – 焊腳體積 = π x hboard x (R² – a²)

R = 通孔半徑,a = 焊腳半徑,hboard =PCB板厚

2) Vfillet(焊點頭部圓弧區域的體積) = x  =Afillet(焊點頂部圓弧區域面積) x 2πX(重心位置圓周長) = 0.215r2 x 2π(0.2234r+a)

r = 焊點頂部圓弧半徑,
X =焊點頂部圓弧區域重心與焊腳中心距 = 0.2234r + a
焊點頭部重心位置 = 0.2234r
焊點頭部中心位置 = 0.2234r + a

工作熊發現很多朋友對這個公式比較有問題的地方是如何計算Vfillet(焊點頭部圓弧區域的體積) ,它的計算觀念基本上是先計算出「爬錫圓弧的截面積」,然後再乘以「爬錫圓弧重心的圓周長」,這樣就可以計算出圓弧的體積了。

「爬錫圓弧截面積=0.215r2 」的驗證:

「爬錫圓弧重心位置=0.2234r」查詢工程表格:

爬錫圓弧重心位置的論證工作熊還沒有想到,所以用查表的方式來獲得,有知道如何計算的朋友可以分享一下如何算出0.2234r。


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
介紹並認識【錫膏(solder paste)】的基本知識(含助焊劑)
把SMD零件改成通孔回流焊(Paste-In-Hole)製程會有何差別及影響?

 
 
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