孫亞芬，曹　凱

(西安北方光電科技防務(wù)有限公司，陜西 西安 710043)

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基于再流焊技術(shù)的導(dǎo)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(wù)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(xù)或銅鍍層空調(diào)現(xiàn)象，研究了基于再流焊技術(shù)的導(dǎo)通鍍覆孔透錫工藝及實現(xiàn)流程。經(jīng)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(yōu)點，為某些高可靠性產(chǎn)品需求提供了實用價值較高的借鑒經(jīng)驗。

鍍層空洞；再流焊技術(shù)；透錫工藝；印刷鋼網(wǎng)模板

在印制線路板制作過程中，內(nèi)層導(dǎo)電層和導(dǎo)通鍍覆孔孔壁的銅鍍層會出現(xiàn)鍍層空洞，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)環(huán)狀鍍層空洞現(xiàn)象[1](見圖1)。針對某些高可靠性要求的產(chǎn)品，尤其是航天軍工類產(chǎn)品，為了降低印制線路板上導(dǎo)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(chǎn)流程上增加導(dǎo)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(xù)或銅鍍層空洞現(xiàn)象。

圖1　環(huán)狀鍍層空洞

1　再流焊技術(shù)[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(shù)。它提供一種加熱環(huán)境，使預(yù)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(jié)合在一起。由于再流焊技術(shù)具有操作簡單、效率高和質(zhì)量一致性好等優(yōu)點，因而逐漸成為了電路板組裝技術(shù)(SMT)的主流。

1.2工作機(jī)理

預(yù)先在印制線路板的焊盤上印刷好適量和適當(dāng)形式的焊錫膏，再把SMC/SMD元器件貼放到相應(yīng)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(shè)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(dǎo)通鍍覆孔透錫工藝

2.1鍍覆孔透錫要求

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

表1　導(dǎo)通鍍覆孔透錫要求

2.2傳統(tǒng)的透錫工藝

傳統(tǒng)的透錫工藝是首先對SMC/SMD元器件進(jìn)行表面貼裝焊接，然后再對印制線路板上的導(dǎo)通鍍覆孔進(jìn)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(xiàn)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(tǒng)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(chǎn)品質(zhì)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(dǎo)通鍍覆孔手工透錫的理想效果

2.3再流焊技術(shù)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(shù)解決鍍覆孔透錫問題的新工藝及新方法。該新工藝的創(chuàng)新點是利用再流焊技術(shù)，借助表面貼裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)設(shè)備，在原來只設(shè)計有SMC/SMD元器件印刷圖形窗口的印刷鋼網(wǎng)模板上，對印制線路板上需要填充的導(dǎo)通鍍覆孔進(jìn)行開孔設(shè)計，一次性解決了SMC/SMD元器件表貼焊接生產(chǎn)和印制線路板導(dǎo)通鍍覆孔透錫操作，從而實現(xiàn)了軍工產(chǎn)品的高可靠性、導(dǎo)通孔透錫及焊點低缺陷率、工藝優(yōu)化及生產(chǎn)自動化，大大提高了質(zhì)量可靠性和生產(chǎn)效率。

2.42種工藝流程對比

傳統(tǒng)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(xiàn)

新型透錫工藝實現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4　新型透錫工藝實現(xiàn)流程

3.1印刷鋼網(wǎng)模板設(shè)計[3]

根據(jù)表貼生產(chǎn)線焊膏印刷機(jī)的印刷機(jī)理，對印刷鋼網(wǎng)模板進(jìn)行了重新設(shè)計，設(shè)計原則如下：根據(jù)導(dǎo)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(nèi)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(wǎng)模板上，增加了印制線路板上需要透錫的導(dǎo)通鍍覆孔的印刷窗口。改進(jìn)后，印刷鋼網(wǎng)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(zhuǎn)移到元器件印刷圖形和需要透錫的導(dǎo)通孔上，從而高效地完成焊錫膏定位轉(zhuǎn)移印刷。

在設(shè)計實現(xiàn)過程中，為了保證模板上導(dǎo)通孔焊環(huán)窗口邊緣正好落在印制線路板的焊環(huán)上，并遵循模板窗口尺寸比導(dǎo)通鍍覆孔焊環(huán)外徑小0.1 mm的原則，同時也為了起到保護(hù)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(dǎo)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(dǎo)通孔的開口尺寸按式1進(jìn)行設(shè)計。

ds=dj+2R-0.1

(1)

式中，ds是開口尺寸；dj是孔徑；R是焊盤環(huán)寬。

3.2印刷鋼網(wǎng)模板制作

新設(shè)計的印刷鋼網(wǎng)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(wǎng)模板對比圖

3.3工藝驗證

試驗樣件為板厚δ=1.5 mm的環(huán)氧玻璃纖維布覆銅印制線路板。由于設(shè)計的導(dǎo)通鍍覆孔直徑大多為0.8～1.2 mm，根據(jù)國軍標(biāo)對導(dǎo)通鍍覆孔的透錫要求，印刷機(jī)設(shè)備工藝參數(shù)的設(shè)定也成為該工藝實現(xiàn)的關(guān)鍵。在印刷機(jī)工藝參數(shù)設(shè)定過程中，在保證SMC/SMD元器件表面貼裝焊接質(zhì)量和導(dǎo)通鍍覆孔透錫質(zhì)量的前提下，經(jīng)多次試驗驗證后，不同參數(shù)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(dǎo)通鍍覆孔的透錫質(zhì)量及效果改善明顯，導(dǎo)通鍍覆孔內(nèi)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(biāo)三級產(chǎn)品要求。

圖6　再流焊透錫工藝中不同參數(shù)驗證效果圖(正面與剖面)

4　結(jié)語

通過對再流焊技術(shù)應(yīng)用于印制線路板導(dǎo)通鍍覆孔透錫工藝的研究，系統(tǒng)性地解決了導(dǎo)通鍍覆孔傳統(tǒng)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(dǎo)通鍍覆孔透錫一次完成的工藝實現(xiàn)方法。該工藝的實施，不僅使透錫效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，更是提高了表面組裝工藝適應(yīng)性，滿足了生產(chǎn)所需，有效地提高了電子產(chǎn)品組裝的整體可靠性和生產(chǎn)效率。

[1] GJB 362B—2009，剛性印制板通用規(guī)范[S].

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

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

責(zé)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(dǎo)引頭制導(dǎo)技術(shù)及表面組裝技術(shù)等方面的研究。

2016-04-22