通孔回流焊接技术规范pdf

  通孔回流焊接技术规范 1 范围 本文件规定了印制电路板采用通用回流焊接技术，进行高品质焊接互联和组装的一般要求，描述了 元器件、印制板、模板设计等相关规范要求，以及元器件及组件相关试验的测试条件和方法。 本文件规定了印制电路板进行通孔回流焊接时的基本事项、工艺条件、检验判据的要求及相关试验 条件通用规范。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T 2423 电工电子科技类产品环境试验 GB/T 2423.28-2005 电工电子科技类产品环境试验 第2部分：试验方法 试验T：锡焊 GB/T 2423.30-2013 环境试验 第2部分：试验方法 试验XA和导则：在清洗剂中浸渍 GB/T 2423.52-2003 电工电子科技类产品环境试验 第2部分：试验方法 试验77：结构强度与撞击 GB/T 2423.60-2008 电工电子科技类产品环境试验 第2部分：试验方法 试验U：引出端及整体安装件强度 GB/T 4588.3 印制板的设计和使用 GB/T 4588.4 刚性多层印制板分规范 GB/T 19247.1 印制板组装 第1部分：通用规范 采用表面安装和相关组装技术的电子和电气焊接组 装的要求 GB/T 19247.3 印制板组装 第3部分：分规范 通孔安装焊接组装的要求 GB 50073 洁净厂房设计规范 GB/T 28162.3 自动操作用元器件的包装第3部分：表面安装元器件在连续带上的包装 SJ/T 10188 印制板安装用元器件的设计和使用指南 SJ/T 10668-2002 表面组装技术术语 SJ/T 10694 电子科技类产品制造与应用系统防静电检测通用规范 SJ/T 11200-2016 环境试验 2-58部分：试验 试验Td：表面组装元器件可焊性、金属化层耐溶蚀 性和耐焊接热的试验方法 SJ 20810A 印制板尺寸与公差 SJ 20896-2003 印制电路板组件装焊后的洁净度检测及分级 QJ 165B 航天电子电气产品安装通用技术方面的要求 IEC 60286-4 自动操作用元器件的包装第4部分：封装在不同包装中的电子元件用管装料仓 IEC 60286-5 自动操作用元器件的包装第5部分：矩阵式料盘 IPC-A-610H 电子组件的可接受性 IPC/JEDEC J-STD-020D.1 非气密固态表面贴装器件潮湿/再流焊敏感度分级 IPC/JEDEC J-STD-033D 湿度、再流焊和工艺敏感器件的操作、包装、运输及使用 1 3 术语和定义 SJ/T 10668界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 回流焊 reflow soldering 再流焊 通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的焊料，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电 气连接的软钎焊 [来源：SJ/T 10668-2002，定义5.62，有修改] 3.2 通孔回流焊接 through-hole reflow(THR) 通孔再流焊接 采用回流焊接工艺对带引线通孔安装元器件进行焊接的方法。 3.3 通孔回流焊接元件through-hole reflow component (THR component) 采用回流焊接工艺组装的带引线 夹头 chuck 贴装头中利用机械力形成抓取动作拾取元器件的零件。 3.5 夹持 chucking 夹头 （3.4）抓取元器件并维持的状态。 3.6 拾取面 pick-up area 用于线）的元件面 （区域）。 3.7 元件槽cavity of packaging 料槽 在编带或托盘中放置元器件的凹陷区域。 3.8 元件支座 stand-off 用于使元件本体与印制板之间形成一定距离的元件本体上突出点 （面）。 注：元件支座可以有效的预防元件本体接触焊膏。 3.9 支空高度 stand-off height 元件本体与印制板之间的悬空距离。 3.10 空隙 clearance 避免元件本体与焊膏接触，确保焊接区域有充分传热的空间。 3.11 端子 terminal 焊接到印制板上的元器件焊接引线 壳体 housing 固定/承载端子等的元器件整体的结构部分。 3.13 基板 substrate 2 印制板支撑结构的基体材料。 3.14 模板 stencil 用于将焊膏或胶水材料转移到印制板上，以实现元器件与印制板连接，有特定图案开口的专用工装。 3.15 A面 A side 安装通孔回流焊接元件（3.3）本体的电路板表面。 3.16 B面 B side 相对A面 （3.15）的另一面 3.17 模板开孔 stencil apertures 通过激光或蚀刻、电铸等工艺在模板 （3.14）上形成的开孔。 3.18 阶梯模板 step stencil 不止一个厚度的模板 （3.14）。 3.19 套印 overprinting 用开孔大于元器件焊盘或孔环直径的模板 （3.14）进行印刷。 3.20 伸出长度 protrusion length 通孔回流焊接元器件（3.3）的引脚完成焊接后突出B面 （3.16）的长度。 3.21 通孔填充方式 through-hole filled method 通过模板开孔 （3.17）设计和焊膏印刷参数设置，在元器件通孔中填充焊膏的方法。 3.22 通孔空腔方式 through-hole vacant method 通过套印（3.19）技术，在元器件表面焊盘施加焊膏的方法。 3.23 通孔填充和套印组合方式 through-hole filled vacant method 通孔填充方式 （3.21）和通孔空腔方式 （3.22）组合设计施加焊膏的方法。 3.24 焊料起始面 solder source side 施加焊料的面。 3.25 焊料到达面 solder destination side 对应焊料起始面（3.34）的另一面 4 一般要求 4.1 分类 3 根据电子科技类产品 （组件）的用途、性能、可靠性及组装等性能指标要求，本文件对产品做分类，并 划分为三个级别，用来反映产品的可生产性、功能要求和检验（检查/测试）要求等方面的差异。客户 （用户）对确定产品（组件）评估所采用的级别负有最终责任。若用户未明确产品级别，组装厂可确 定产品级别；在合同中应明确等级要求及其他例外或附加技术参数和指标要求。 A级：普通电子科技类产品 包括消费类产品、某些计算机和计算机外围设备，以及以组件功能完整为主要要求的产品。 B级：专用电子科技类产品 包括通信设施、复杂的办公机器，以及要求高性能、长寿命且要求不间断服务的仪器设施。在典型 的使用环境下使用不出现故障。 C级：高性能电子科技类产品 包括各类必须持续工作或按指令工作的设备。不允许设备停机，最终使用环境可能非常苛刻。而且 需要时设备必须能工作，诸如生命维持系统或其他关键系统。 4.2 要求的解释 按产品等级和最终用途进行分类时，应使用户能区分产品的性能要求。当用户选择本文件作为强制 性要求时，适用条件如下： a) 除用户另有规定外，“应”表示的要求是强制执行的。任何违反“应”的要求的项目，需要用 户签字认可。如：在装配图、技术规范或合同上规定； b) “必须”仅用于说明不可避免的情况； c) “宜”用于表示推荐或指导的叙述，非强制执行的情况； d) “可”只是可选择的情况，非强制执行的情况； e) “能够”用于表示一种能力。 4.3 人员 应经过专业方面技术培训和品质教育，熟知本规范及有关标准要求；应具备上岗资格，并持证上岗。 4.4 设计 本文件不应作为对已批准的设计进行重新设计的唯一理由。组装厂的设计更改建议，应通过用户批 准；需要明确的是即使更改建议符合本文件的规定，并能生产出高品质的产品，用户也没有必须接受建 议而重新设计的义务。 4.5 设施 生产厂地的环境和设施应满足产品组装的需要。生产作业区应保持洁净，地面、设备表面及内部空 间、工作台面无灰尘杂质和与工作无关的杂物。 4.5.1 温度和湿度 生产作业区环境和温度以（23±5）℃为宜；相对湿度应控制在30%～70%范围内；当相对湿度降低至 30%或更低时，组装厂应核实静电防护控制可不可靠，并确保适合助焊剂和焊膏性能及应用的环境湿度。 4.5.2 洁净度 产品生产的全部过程应对各类污染物来控制，生产作业区的洁净度应依照产品组装要求和产品精密程度 的不同做出合理的选择和确定，设计规范及洁净度指标应符合GB 50073的规定。 4.5.3 照明 生产作业区应拥有非常良好的照明条件，工作台面照明强度应不低于1000 lx，且台面无强烈反光和阴 影。 4 4.5.4 电源和气源 应根据设备的使用上的要求，配备相应的供电和气源，在设备端应配备有稳压器，保持设备稳定运行。 配置有很多压力的气源，空气压缩机应置于作业区外部。气路应配备过滤净化装置，保证气体无水、无 油、无杂质。 4.5.5 静电防护区域（EPA） 生产作业区应为静电防护区域，配备防静电地面、防静电工作台、防静电电路板架、静电防护接地 系统等静电保护措施。静电防护的规范及关键指标应符合SJ/T 10694的规定。作业人员应穿戴防静电工 作服，防静电鞋，防静电腕带等防护装备，确保有效释放静电，防止静电击穿敏感电子元件。在EPA区 内和进出口处，需要有明显的防静电标识，用于警示进入EPA区域应严格执行相关的静电保护措施。 4.5.6 工具 （工装）和设备 用于组装的工具（工装）和设备必须是安全可靠的合格产品；使用的过程中不应降低或损害元器件、 组件的结构和功能；应满足对温湿度、电气过载（EOS）或静电释放（ESD）的隔离保护等要求。 组装厂应负责选择并维护用于组装的工具 （工装）和设备，按规定进行校验。应保证工具 （工装） 及设备在使用中的状态符合产品组装和本文件的要求。 5 元器件设计及规范要求 通孔回流焊接元件的规范，除应符合本章节下面的5.1～5.4的要求外，还应符合本文件中附录D的 内容。 5.1 元器件外形结构与设计 5.1.1 设计图及规范 元器件设计图包括底视图、俯视图和侧视图，应标明元器件壳体及端子的所有尺寸和公差；图纸中 应标明元器件壳体和端子在安装面的定位参考，如果安装面不是平面，则其三维几何形状应明确规定相 关公差。 在元器件的二维或三维数据中，导电体 （面）和绝缘体 （面）之间应清楚区分，特别是元器件的底 部、侧面以及可移动部件。这个要求适用于元器件在组装到印制板上后，在最终组装需要拆卸和组装的 部件（例如，连接器的弹簧固定部件，在组装时会产生位置/角度的变化）；不与安装面接触的导电体 （面），也应明确其位置和尺寸。 元器件结构图及规范应规定以下信息： a) 元器件底部要求 （5.1.4）、端子长度基准 （5.1.5.1）以及端子位置公差 （5.1.5.2)； b) 元器件封装尺寸设计图，可参考SJ/T 10188 中的规范要求； c) 与印制板表面接触的金属部件的位置； d) 元器件与印制板的安装的地方的详细尺寸图，提供焊盘、模板设计数据及安装的数据。 5.1.2 拾取面要求 元器件设计应确保能够最终靠真空吸嘴或机械夹头进行拾取、识别、调整方向，最终传送到印制板上 的对应位置，准确安装入位。 拾取面的选择应与元器件重心相匹配，同时兼顾元器件几何中心匹配原则。元器件组装应第一先考虑 使用吸嘴拾取，如果专用吸嘴不能够实现拾取及安装要求，则选用专用机械夹头。 5 拾取面应保证平整度，若元件本体没有拾取平面，则要增加辅助装置。 5.1.2.1 适用吸嘴拾取的要求 用吸嘴进行元器件贴装，应符合GB/T 19247.1中的规定和要求。拾取和贴装时，应注意以下几个方 面： a) 拾取面应在元件本体顶面； b) 应根据元器件质量选择比较适合的拾取面； c) 如果无法确保合适的拾取面，则能够正常的使用拾取带或拾取罩来实现拾取（见图1）； d) 拾取带或拾取罩在通孔回流焊接过程中不能脱落； e) 拾取面的中心应与元器件重心相匹配。在能保证拾取元器件不发生倾斜情况下，拾取面可以是 元件几何中心。 图1 拾取面示例 5.1.2.2 适用夹头拾取的要求 用夹头进行通孔回流焊接元件拾取和贴装时，应注意以下几个方面： a) 元器件与元件槽之间应有足够的空间（见图2，图3）； b) 元器件与夹头之间的夹持面和接触面应为平面（见图4，图5）； c) 设计中应最好能够降低元器件与元件槽之间的框量。 图2 元器件与料槽示例 图3 夹头与元器件及料槽示例 6 图4 元件侧面的平面示例 图5 元件顶部的平面示例 5.1.3 元器件放置形态 元件重心的设计，应满足当元器件插装到印制电路板后，自身能够保持正确的放置形态，不发生倾 斜等现象；如果元器件结构设计没办法避免放置后产生倾斜，应考虑使用可防止倾斜的辅助固定装置 （例 如卡具、压块）。 5.1.4 元器件底部要求 通孔回流焊接元件结构设计中应考虑足够的空隙，避免元件本体（非焊接区域）与焊膏的接触，且 有足够的热量传递空隙 （见图6）。元器件正确放置到印制板后，元件底部与印制板的空隙一般不小于 0.4mm。 通孔回流焊接元件支座的结构设计，应确保有0.5 mm以上的支空高度，除元器件端子和支座外，其 它区域不应与印制板接触（见图7）。 设计元器件空隙结构时，需要仔细考虑元器件通孔回流焊接所需焊膏量。 图6 空隙 7 图7 支空高度 5.1.5 端子的要求 5.1.5.1 端子长度 元器件端子长度设计应考虑印制板厚度、焊接工艺和焊接材料等因素，满足印制板B面焊点引脚目 视可见、光学检测设备的识别检测（见图8）以及焊点强度的要求。 其他尺寸特定要求则由元器件的用户和供应商讨论确认。 a) 建议B 面端子伸出长度最小为0.5 mm； b) 从底座面到端子终端的长度 （H），应在满足端子伸出长度 （见表 1）的规范前提下，推荐范 围值为2.3mm～3.3mm，有关信息见表2。 图8 底座面到端子终端的长度 （H）示意 表1 端子伸出长度 尺寸要求a 产品等级 mm A 级 B 级 C 级 最小值b 焊料中的引线末端可辨识 最大值c 无短路风险 2.5 1.5 a 对于一些例外的情况和特别的条件，应满足产品设计的有关要求和有关标准。 b 对由于设计确定的元器件端子长度小于印制板厚度的情况不适用。 c 只要不违反最小电气间隙，插座端子、继电器端子、回火端子和其它直径大于1.3mm 的端子，可免除最大值 的要求。 表2 端子伸出长度范围 8 端子伸出长度 印制板厚度 mm mm H=2.3 H=3.3 标称值 公差 基准值 推荐范围 基准值 推荐范围 +0.18 0.8 1.5 1.32～1.58 2.5 2.32～2.58 -0.08 +0.18 1.0 1.3 1.12～1.38 2.3 2.12～2.38 -0.08 +0.2 1.2 1.1 0.9～1.2 2.1 1.9～2.2 -0.1 +0.2 1.6 0.7 0.5～0.8 1.7 1.5～1.8 -0.1 +0.25 2.0 0.3 0.05～0.45 1.3 1.05～1.45 -0.15 5.1.5.2 端子位置公差 每个端子的位置度公差值推荐在0.2 mm～0.4 mm之间取值，其对应的公差带以端子中心轴设计基准 位置为轴线）。 元器件设计应定义位置公差基准位置，对于端子数较多的元器件，推荐每个端子对应这个基准位置 的位置度公差不大于0.3mm （见图10）。 对于要插入印制板的元件本体上任何凸起 （例如：辅助端子），应采用相同的位置公差。 注：辅助端子是指插入印制板中无电气功能的突出端。 如果选用元器件的端子不在推荐公差范围内，或者有特定要求时，应咨询元器件制造商和用户。 考虑到印制板孔径和孔位置公差、贴装设备的贴装精度等因素，宜最大限度地减小端子位置公差。 对于方形端子和矩形端子的设计，推荐端子位置公差不大于0.2 mm。 图9 端子位置公差为0.4mm 示意图 9 图10 端子与基准位置的位置公差示意图 5.1.5.3 端子形状 插入印制板的通孔回流焊接元件端子形状应为笔直状，端子头部宜为圆形或倒角 （见图11a）。 装卡式端子一般不适用设备自动贴装（见图11b）。而采用手工插入时，会造成印制板的振动，对 已组装的贴装元器件的贴装品质产生一定的影响，需充分评估风险。 端子倒角直径应小于端子半径，如果元器件端子因制造工艺原因不能够实现圆形或倒角，需进行特殊 的端子封装设计。 图11 端子形状示意图 5.1.5.4 端子可焊接 （润湿）区 元件本体一侧端子可焊接 （润湿）区应满足焊接后形成可接受焊点 （润湿角）的要求。考虑到元件 支座的因素，端子的可焊接 （润湿）区与印制板水平面之间至少要保证0.2 mm可润湿高度（见图12）。 图12 可润湿高度示意图 5.1.5.5 光学识别特性 10 元器件端子底面应与元件本体底面有比较高的对比度差异，以便贴装设备的识别系统从底部清晰识 别端子位置。端子末端面应能在光源照射下形成底部反射 （见图13）。 必须要格外注意如下事项： a) 贴装设备光学识别系统通过光照射到元器件端子，来识别端子末端面的位置； b) 如果没办法识别到端子末端面，可采用元器件外形轮廓识别模式； c) 采用外形轮廓识别时，无法检测到端子弯曲、倾斜等端子不良现象，可能会产生端子不能正确 插入印制板，因此推荐采用端子末端面识别模式。 图13 端子的光学识别对比度示意图 5.1.6 元器件高度 通孔回流焊接元件高度设计应考虑与贴装设备、焊接设备、工装治具及包装对元器件高度的限制； 例如吸嘴或夹头的拾取行程范围，放置过程周边的空间限制；元器件高度应与元器件料槽相互匹配，确 保吸嘴或夹头能够有合理的拾取空间，并安全地拾取元器件。 5.2 元器件质量 元器件质量小，对设定回流焊接曲线的工艺窗口有利；元器件质量大，对于贴装设备的有效拾取传 送载荷质量的要求越高。在元器件设计应要考虑元器件质量这一因素。 5.3 焊料兼容性 元器件规范中应定义端子焊接部位的镀层与焊接用焊料的兼容性。 5.4 元器件包装 自动操作用通孔回流焊接元件的包装，可依据GB/T 28162.3，IEC 60286-4，IEC 60286-5相关的规 定。包装优选顺序是编带、托盘、管装。 元器件的包装应规范以下内容： a) 在运输和储存过程中对元器件有必要的防护； b) 元器件的防潮控制和管理，可依据 IPC/JEDEC J-STD-020 中规定的湿敏等级和 IPC/JEDEC J-STD-033 中规定的要求实施；对元器件湿度敏感等级应予保证和标识 （如警示牌和/或条形 码贴纸上所示）； c) 有特定方向或极性的元器件应按固定方向放在包装中 （见图14 和图15）。 11 图14 在编带或托盘中标明特定方向示例 图15 元器件编带包装示例 6 通孔回流焊接的印制板设计 采用通孔回流焊接工艺进行组装的印制电路板设计，可依据GB/T 4588.3、GB/T 4588.4中的规范要 求。通孔回流焊接对通孔孔径和孔的位置加工精度要求相比来说较高，有关印制板设计与制造的尺寸和公差 要求，推荐参考SJ 20810A中的规范要求。 6.1 元器件焊盘和孔径设计 在满足行业标准、设计规范和客户真正的需求的前提下，宜采用较小的通孔焊盘和孔径设计，应考虑以下 几个方面： a) 通孔焊盘和孔径的尺寸与焊膏需求量成正相关； b) 端子与通孔的孔径间隙，间隙越小对元器件和设备的精度要求越高；间隙越大，焊膏需求量越 多，对焊膏可涂覆面积和印刷工艺的要求越高。在满足贴装和焊接品质的前提下，宜采用孔径 间隙小的设计； c) 孔径间隙的设计，应与元器件、印制板加工精度相匹配； 12 d) 设计中应最大限度地考虑相关加工设施精度和贴装的组合公差。 6.1.1 圆形端子孔径 通孔焊盘和孔径设计的规范，可依据SJ/T 10188中的规范要求。 端子直径是设计通孔孔径的主要是根据。正常的情况下，孔径设计可参考表3；孔径与间隙的工艺窗口 可参考表4。 表3 端子直径与通孔尺寸对照表 端子直径（d) 常规通孔孔径a 通孔回流焊孔径b mm mm mm d≤1.0 d+0.2～0.3 d+0.15～0.2 1.0＜d≤2.0 d+0.3～0.4 d+0.2～0.3 d＞2.0 d+0.3～0.5 d+0.2～0.4 a 无标准骨架的电感、变压器、多股线等端子位置公差较大的非标元器件，孔径取上限值；单面印制板取下限值； b 端子间距精度较高，且定位要求也较高的元器件，如输入、输出插座等，孔径等于端子直径d+0.15mm～0.2mm。 表4 孔径与间隙 （端子与通孔孔壁间）的工艺窗口 最大限度a 理想范围b mm mm 通孔孔径 0.65～1.60 0.75～1.25 间隙 0.075 0.125 a 最大限度是指推荐工艺窗口范围，实际产品设计中存在超限的情况，此时若采用通孔回流焊接工艺，则需进行 充分的能力评估。 b 理想范围是指最优情况下的工艺窗口。 6.1.2 非圆形端子 6.1.2.1 方形端子 端子长端w＞2.5mm时，设计为方形通孔且四角倒角（圆角R为0.3～0.35mm），方形通孔设计尺寸参 见图16a；w＜2mm时，设计为圆孔，孔径取值为d+0.15～0.25mm，其中d是端子截面对角线 方形端子的通孔设计 13 6.1.2.2 扁形端子 端子长端w＜1.8mm时，设计为圆孔，孔径取值范围是d+0.15mm～0.25mm，其中d是端子截面对角线mm时，根据t值大小设计为长方通孔或长圆通孔，各尺寸参数标注见图17。 a) 其中t＞1.5mm 时，通孔设计为长方通孔并倒角（圆角R 为0.3mm～0.35mm），长方通孔宽度 T=t+0.3mm，长度L=w+0.4mm～0.5mm，见图17a; b) t＜1.5mm 时，设计为长圆孔，长圆通孔宽度 T=t+0.3mm ，且 T ≥0.7mm，长圆通孔长度 L=w+t+0.5-2 0.15(t + 0.15)mm，见图17b。 √ 图17 扁形端子的通孔设计 6.1.2.3 孔径设计序列 孔径设计应为序列化，在建立元器件封装库时，宜采用英制单位（mil）；当孔径≤52mil时，以4mil （0.1mm）为序列刻度递减，当孔径＞52mil时，则以5mil （0.125mm）为序列刻度递增。 6.1.3 焊盘设计 焊盘设计应与通孔同心，焊盘外径设计参见表5；为了尽最大可能避免焊点连桥，确保电气间隙以及减少通孔 回流焊接所需焊膏量等因素，多层板焊盘外径允许在表5数据的基础上减少10～20%。通孔回流焊焊盘间 距推荐0.2mm及以上。 表5 孔径与焊盘外径对照表 孔径 （d1) 0.8 0.9～1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5～1.6 mm 焊盘外径 1.8 2.0 2.3 2.5 2.8 3.0 3.2 mm 孔径 （d1) 1.7～1.8 1.9～2.0 2.1～2.2 2.3～2.4 2.5～2.6 2.7～2.8 2.9～3.0 mm 焊盘外径 3.5 3.8 4.0 4.5 5.0 5.2 5.5 mm 注：当受端子间距限制时，依照表5中进行设计通孔焊盘的内外径间距小于1mm时，可采用椭圆形焊盘，椭圆形焊盘 宽度W=d1+K （单面板K取0.6mm，多层板K取0.4mm），椭圆焊盘长度在L=2～2.3d1或L=d1+0.1mm中取较大值。此规范 不适用于类似2.54mm端子间距双排或多排插座的元器件。 6.2 元器件布局 通孔回流焊接元件在印制板的布局，应考虑以下几个方面 （见图18）： 14 a) 为便于元器件的插装和检查，元器件推荐设计在靠近人员操作侧的位置； b) 通孔回流焊接元件的焊盘外边缘与引脚间距≤0.65mm 的QFP、SOP、连接器及BGA 等密间距的 元件本体外框的距离20mm；与其它表面贴装元件之间的距离5mm； c) 通孔回流焊接元件焊盘外边缘与电路板传送边的距离10mm；与非传送边距离5mm； d) 外观尺寸较长的元器件 （例如：内存插座），其长度方向宜与传送方向一致； e) 相邻的通孔回流焊接元件本体之间的间距应10mm。 此外，通孔回流焊接元件焊盘周围应留出足够的空间用于施加焊膏，因此在印制板设计中应设置禁 布区，在禁布区内不能放置元器件和过孔。例如欧式连接器推荐靠印制板中心的方向距离10.5mm区域 设定为禁布区。 注1：必须设计在禁布区内的过孔要做阻焊塞孔处理。 注2：元器件的丝印标识可能会影响到焊膏在焊接过程中的回缩，印刷锡膏区域不应有丝印标识，设计时应与焊盘 外边缘有适当的距离。 图18 通孔回流焊接元件布局示意图 7 通孔回流焊接工艺规范要求 7.1 工艺分析 7.1.1 元器件贴装分析 元器件应符合本文件第五章节的基础要求。需注意以下几个方面： a) 元器件的端子位置公差与印制板公差、贴装精度等的公差配合应满足插装要求； b) 元器件端子过长时应考虑进行预成型，但需评估预成型过程中对端子位置公差、成型后的端子 端部形状及对插装的影响； c) 元器件包装应与贴装设备供料器的相匹配，若无法适用，可设计专用托盘工装或进行手工插装； 采用手工插装时，需评估对产品组装质量的影响。 7.1.2 元器件尺寸分析 15 在贴装前应确认元器件尺寸与贴片机、回流炉等设备的可装配元器件尺寸范围要求。有关元器件高 度信息 （见图19），通孔回流焊接过程中主要设备对元器件高度限制的参考值（见表6）。 注：元器件高度超限会导致没办法拾取贴装，焊接时元件顶部温度过高而损坏，甚至会发生撞坏设备等安全事故。 图19 元器件高度示意图 表6 通孔回流焊接相关设备的对应元器件高度限制 （参考值） 元件高度 端子凸出长度 元件总高 设备a mm mm mm 贴装设备 ≤25.4 ≤6 ≤28 热风回流炉 （空气） ≤30 ≤20 热风回流炉 （氮气） ≤25 ≤30 汽相回流炉 ≤68 ≤60 ≤70 a 不一样的品牌、型号的设备对元器件的高度限制存在一定的差异，需要查阅设备参数表。 7.1.3 元器件耐焊接热分析 应根据元器件厂家提供的器件资料识别元器件是否适用于通孔回流焊焊接条件。可通过元器件绝缘 体材料信息，进行初步判断元器件能否适应回流焊接的温度。常用的元器件绝缘体材料特点和 耐温信息见表7。 表7 常用绝缘体材料特点和耐温 名称 特点 耐温 是否适用通孔回流焊 PBT 聚对苯二甲酸丁二 良好的流动、润滑、电气和防冲击能 230℃左右 否a 醇，热塑性聚酯 PET 聚对苯二甲酸乙二醇 较好的机械性能、电气性能、耐溶剂 120℃左右 否 酯，涤纶树脂 性能 尼龙PA46/PA66 有良好的韧性、自润滑性、耐化学性、 260-300℃ 是 /PA9T/PA6T 耐磨性。 良好的耐腐蚀和抗老化性能出色的耐热性 LCP 液晶聚合物 290-320℃ 是 和耐热性、耐化学药品性，价格高 ABS 丙烯晴、丁二烯和苯 良好的耐冲击，价格低 100℃左右 否 乙烯的三元共聚物 较好的刚性，吸水率低，尺寸稳定性 PPS 聚苯硫醚 260℃左右 是 好，阻燃性能佳。 16 a 若采用低温焊膏 （例如焊膏成份为SnBi ）进行焊接，在充分评估后，可适用。 若元器件没提供有关数据，则有必要进行元器件耐焊接热测试，具体测试方法要求见附录D中D.3 章节。 7.1.4 元器件焊料填充分析 根据元器件的可涂覆焊膏区域，分析元器件采用通孔回流焊接后形成可接受焊点的焊料需求量，开 展合理的模板开孔设计，具体参见本文件附录B模板设计相关章节。 7.2 通孔回流焊接工艺流程 印制电路板通孔回流焊单面组装典型工艺流程见图20；印制电路板通孔回流焊双面组装的典型工艺 流程见图21。 注1：各组装厂需依照产品的组装方法、生产条件等选用适用的通孔回流焊接工艺流程。 注2：SPI 和AOI 检测设置根据生产条件做出合理的选择，不具备条件时可制定检测工艺技术要求，借助放大镜、视频显微镜等 方法采取人工检测的方式。 注3：印制板通孔回流焊双面组装中，组装B 面时插针或焊膏会影响后续A 面的焊膏印刷，为实现双面组装，A 面需 考虑采用焊膏喷印等方式，并对B 面器件进行点胶固定，避免掉件。 锡膏涂覆（印刷） 检测 NO （SPI等） YES SMD元件贴装与通孔回流 焊元件插入 检测 NO 返修 （AOI等） YES 回流焊接 检测 NO （X-RAY、AOI 返修 等） YES 清洗（有要求时） 外观检查 图20 印制板通孔回流焊单面组装工艺流程 17 印制板B面 印制板A面 锡膏涂覆（印刷） 锡膏涂覆（印刷） 检测 NO 检测 NO （SPI等） （SPI等） YES YES SMD元件贴装与通孔回流 SMD元件贴装与通孔回流 焊元件插入 焊元件插入 NO 检测 NO 检测 返修 返修 （AOI等） （AOI等） YES YES 回流焊接 回流焊接 检测 NO 检测 NO （X-RAY、AOI 返修 （X-RAY、AOI 返修 等） 等） YES YES 印制板基板反转 清洗（有要求时） 外观检查 图21 印制板通孔回流焊双面组装工艺流程 元器件通孔回流焊接填充率及内部焊接质量应采用X-RAY检测设备作为焊接质量检验的一种方法。 7.3 焊膏涂敷 7.3.1 涂敷方式 一般都会采用通孔回流焊接元件与表面贴装元件同时焊膏印刷工艺；有关焊膏管理、模板设计、焊膏印 刷参数 （刮刀选用、刮刀压力、印刷速度、脱模速度、脱模距离等）应与表面贴装元件的工艺相互兼容。 焊膏涂敷量应满足在回流焊接后形成可接受焊点品质要求。施加焊膏可采用印刷、喷印等工艺；焊 膏印刷工艺一般都会采用通孔填充方式、通孔空腔方式和通孔填充和套印组合方式等方式，见图22。有关 焊膏需求量的评估以及模板开孔设计，见“附录B 模板设计指南”。 通常焊膏涂敷厚度 （h）为：0.10mm～0.25mm。当采用通孔填充方式时，为防止焊膏脱落，焊膏从B 面的突出高度 （H）宜小于1mm （见图22a）。 注1：当通孔孔径≧1mm，采用通孔填充方式时，通孔内的焊膏在电路板组装和传送过程中易发生脱落，需评估焊膏 脱落，对产品的质量的影响。 注2：采用通孔填充方式时，元器件端子的伸出长度应越短越好，防止端子头部粘连的焊膏在回流焊接过程中 焊膏掉落到回流设备中或无法拉回，造成不可接受焊点。 18 图22 焊膏印刷方式示意图 7.3.2 焊膏印刷品质检测 通孔回流焊焊膏印刷品质要求是图形完整、位置准确、厚度均匀。 a) 完整性：焊盘上的焊膏沉积图像完整，且与模板开孔一致；表面平整、边缘清晰且无毛刺；非 焊膏涂敷区域无残留、无粘连；焊膏外形与模板开孔形状重合度宜控制在≧90%； b) 位置精度：X、Y 方向无明显位置偏移； c) 厚度均匀性：焊膏厚度宜控制在模板厚度的±20%以内； d) 焊膏在通孔中填充量可采用抽检的方式，进行印制板翻面或从底部观察，主要要求：焊膏印刷 后填充良好，无焊膏掉落情况。 e) 对焊膏印刷品质的检查方法可通过SPI 检测或人工借助视频放大镜检查的方式。 注：通孔填充焊膏不足或焊膏过量掉落时，应及时作出调整印刷参数，以满足印刷要求。 7.4 元器件插装及检测 7.4.1 元器件插装 19 通孔回流焊元件应优先采用适配的贴片机进行自动插装。适配条件包括：满足贴片机拾取、识别、 光学定位、运动维持、插装压力、插装高度等因素。 应结合印制板电路布局设计的情况，选择正真适合的贴装顺序。不应对之前贴/插装造成不好影响，同 时对其后贴装不产生干涉。 根据元器件质量、设备的真空度指标以及拾取面在元件本置情况选择比较适合的吸嘴或夹头。应考 虑以下几个方面： a) 贴装设备的真空系统工作状态、元器件形状、吸嘴材质、贴装速度等因素，会影响到拾取移动 载荷能力； b) 为了可以稳定地拾取元器件并将其移送到安装的地方进行插装，应根据设备真空度和元器件质量 以及安全系数计算出所需吸嘴尺寸的大小（见式1），并根据拾取面表面材料特性，选择匹配 材质的吸嘴。 S = G × K⁄P ………………………………………………（1） 式中： 2 S ———— 吸嘴尺寸 （cm ）； G ———— 元件质量（kg）； K ———— 安全系数≥2.5； 2 P ———— 真空度（-kg/cm ）。 7.4.2 检测 通孔回流焊元器件的插装后的检测最重要的包含： a) 元器件型号、方向正确，应无错件、漏件； b) 元器件无损伤，端子插装到位，无变形； c) 具备可视条件时，应检查插件后焊膏状态是不是存在塌陷、粘连等缺陷。 7.5 回流焊接 7.5.1 回流焊接曲线 一般会用热风回流焊接方法。对具备增加氮气保护的回流设备，可在热风回流焊接过程中增加氮气 保护。 高可靠性产品，需对焊接温度进行精确控制时，可采用汽相回流焊接。 注1：带空腔的非密封元器件内部可能会出现介质冷凝，需对影响做多元化的分析后作出决策。 印制板上不同元器件之间以及元器件的两点之间（例如：元器件引脚与封装表面）会产生温度差（△ T）。影响元器件升温的主要参数有：加热时间、加热源的热功率、风速、风量、元器件的热容量、元 器件与印制板的尺寸、封装密度与遮挡性、印制板、元器件表面的热吸收系数等。 注2：需通过测温仪对元器件的实际温度做测量，以获得较准确的实际温度； 注3：同样的回流温度曲线，小元器件比大元器件更容易升高温度，应避免超过元器件的耐焊接热性。 典型回流焊接工艺过程为： a) 预热过程，组件开始步入加热过程，组件从室温 （25℃ ）升温至保温区，使焊膏中的溶剂和气 体被挥发，为降低元器件的热冲击、印制板分层和预防焊料“趋肤效应”等风险，在温度曲 线预热过程对升温速率控制是关键控制点；随着温度的升高，焊膏中的助焊剂开始活化，焊膏 开始软化、塌落，进而开始润湿焊盘、元器件端子和通孔； b) 保温过程，焊接组件在此过程得到充分的加热，组件整体温度达到均匀； c) 回流过程，焊接组件的温度迅速上升使焊膏处于熔化状态，液态焊料充分扩散漫流、润湿与焊 盘、通孔及元器件端子形成金属间化合物； d) 冷却过程，金属间化合物逐步冷却至凝固，形成焊点；降温速率对焊点的颗粒结构大小会产生 影响，一般来讲较慢的降温速率对焊点的强度有利。 20 典型的通孔回流焊接工艺窗口和温度曲线所示。组装厂应结合焊接所采用焊膏组份、 助焊剂特性、组件的特性及供应商提供的参考曲线 典型通孔回流焊接工艺窗口 焊接类型 有铅 无铅 混装 低温 指标参数 最低预热温度 （TSmin ） 100℃ 150℃ 120℃ 升温速率 （室温到TSmin ） ≤3℃/s ≤3℃/s ≤3℃/s 最高预热温度 （TSmax ） 150℃ 200℃ 160℃ TSmin 到TSmax 的时间 （t ） 60s～90s 60s～120s 60s～120s S 平均升温速率 （T 到T ） ≤3℃/s ≤3℃/s ≤3℃/s Smax P 熔点温度 （T ） 183℃ 217℃ 183℃ L 回流时间 （t ） 30s～75s 60s～90s 60s～90s L 峰值温度 （T ） 210℃～230℃ 230℃～245℃ 230℃～240℃ P 峰值温度5℃以内维持的时间 10s～30s 20s～40s 20s～30s 降温速率 ≤4℃/s ≤4℃/s ≤4℃/s 室温到峰值温度的时间 （t） ≤6min ≤8min ≤6min 注1：表中的有铅、无铅、低温焊接类型分别对应的焊膏组份是Sn63Pb37、Sn96.5Ag3.0Cu0.5和SnBi58。 注2：表中的混装焊接类型是采用的焊膏组份为Sn63Pb37和部分元器件引线的组件回流焊接类型。 注3：宜在元件本体和端子分别设置测温点，以得到更适宜焊接温度曲线 ：在回流过程中元件本体能达到的最高温度与元器件封装厚度和封装体积有关，具体数据可参考 IPC/JEDEC J-STD-020中的规定。 注5 ：在焊接过程中，焊接组件的最冷点和最热点的温度曲线均应控制在温度曲线：除了焊膏的合金成份以外，焊膏采用不一样阻焊剂类型，其回流温度曲线会有差异，通常腐蚀性强的阻焊 剂回流时间比腐蚀性弱的阻焊剂时间短。 21 图23 热风通孔回流焊接温度曲线 焊接品质检查 见本文件第8章节的有关要求。 7.6 产品 （组件）清洗及检测 7.6.1 清洗 应依照产品的洁净度分级及洁净度指标要求见表9，选择要不要进行清洗。 应选用符合安全、环保和相关法律法规和国际公约要求的清洗剂；废液的处置应符合环保要求。 根据清洗介质选择清洗类型，一般为水清洗、半水清洗和溶剂清洗等清洗类型。 表9 电子科技类产品洁净度分级及洁净度指标 洁净度指标要求 洁净度等级 溶剂萃取电阻率 离子污染物当量b 助焊剂残留量 适合使用的范围a Ω.cm μɡNacl/cm2 μɡNacl/cm2 Ⅰ 2×106 1.5 40 C级 Ⅱ 2×106 1.5～3.0 100 B级 Ⅲ 2×106 3.0～5.0 200 A级 a 电子科技类产品的洁净度指标依照产品设计或客户真正的需求，未明确的可参考表中适合使用的范围。 b 2 一些微型化和高密度化的电子科技类产品要求是≦0.2 μɡNacl/cm 。 应根据焊膏中助焊剂的成分组成，选择正真适合的清洗类型。采用含松香助焊剂或树脂助焊剂的焊膏焊 接应选用溶剂清洗、半水清洗或水清洗；采用含水溶性助焊剂的焊膏应选用水清洗。 常用清理洗涤方法：刷洗、浸泡清洗、喷淋清洗、超声清洗、汽相清洗等。 应提前识别不能清洗和清洗必须要格外注意的元器件，在清洗前对清洗工艺技术要求进行明确。如：按键开关 等未密封的元器件，清洗时介质会渗透到元器件中，所以不能采用液体浸泡清洗方式；超声波清洗存在 使元器件内部受到过高的应力，从而产生元器件损害的可能，需慎重选择。 清洗过程一般包括初洗、漂洗、烘干（晾干）三个阶段。 7.6.2 洁净度检测 洁净度检测可依据SJ 20896第6章节中检测过程和方法。 22 7.7 组装后的元器件拆卸或更换 7.7.1 拆卸方式选择 通孔回流焊接后元器件的拆卸，应根据元器件的引脚数量、相邻元器件的间距等因素选用合适的拆 卸方式。通孔元器件常用的拆卸方式有： a) 带加热和吸锡装置的拆焊台拆卸； b) 带熔融焊料（喷流）的锡锅拆卸； c) 对元器件焊点部位局部热风加热拆卸； d) 印制板组件整体在加热台拆卸。 注：进行元器件拆卸时，应对其周边组件进行防护。 7.7.2 拆卸及更换流程 通孔元器件拆卸及更换可分为以下工序： a) 去除保护涂层（必要时），清洁待拆卸元器件周边部分（必要时）； b) 在焊接部位涂上助焊剂（必要时）； c) 按照选择的拆卸方式的要求步骤，取下要卸载的元器件。拆卸过程中，应避免对周边的其他元 器件施加热和机械应力；最大限度地减小拆卸过程中施加的力，以避免在拆卸焊接元器件时损 坏电路板； d) 去除通孔内的焊料及清洁周边多余物； e) 安装新的元器件，可利用烙铁等焊接方法对元器件进行焊接； f) 对更换完成的器件进行外观检查，功能、性能复测（必要时）； g) 清洁周边区域、涂敷保护涂层（必要时）。 注：如果更换区域周边5mm 内有潮湿敏感元器件的，必须根据元器件的潮湿敏感等级和存储条件要求做烘烤去湿。 8 通孔回流焊接电子组件的可接受判定标准 8.1 焊点形态分析 8.1.1 焊点外观 通过目检或自动光学检测设备（AOI）对通孔回流焊焊点外观进行检测，焊料与引脚、连接焊盘应 润湿良好，通孔回流焊接元件焊料起始面和焊料到达面形成弯液面焊点，引脚可辨识 （见图24）。 图24 焊点外观形状 8.1.2 通孔焊料垂直填充和润湿检测 对于用目视方法无法检查的焊料垂直填充，可以采取以下检测方法： 23 非破坏性检测：对焊点进行X-Ray检测，检测通孔内焊料垂直填充情况。适用于抽检，必要时安排 全检。 破坏性检测：对焊点进行金相切片分析，通孔内焊料结晶组织应均匀，无较大的结晶板块。适用于 试验时抽样分析。 通孔垂直填充和润湿应满足最低允许标准的要求 （见表9）。焊料与通孔、端子及通孔焊盘的润湿 效果示意图，见图25和图26，其中理想状况下，焊料应填满整个通孔，且与元器件端子、通孔焊盘润湿 充分，分别在起始面和到达面形成有明显润湿角（小于90度）的饱满焊点（浅色阴影区域含深色阴影区）。 表10 通孔填充量和润湿 要求 A 级 B 级 C 级 引线 的元器件，且引线未连接到内部散热层，焊料垂 75% 直填充应满足 A 引线 的元器件，且引线连接到内部散热层，焊料垂直 无规定 75% 50%或1.2mm， 填充应满足 取较小者 引线 的元器件，焊料垂直填充应满足 B 外周焊料润湿—焊料到达面—端子和孔壁 无规定 180° 270° C 外圆周润湿—焊料起始面 270° 270° 330° D 润湿焊料覆盖的原焊盘面积百分比—焊料到达面 0% 0% 0% E 润湿焊料覆盖的原焊盘面积百分比—焊料起始面 75% 75% 75% 注1：焊料润湿是指通过焊接工序而附着焊料的部分。 注2：当元件底部遮挡时，焊料起始面的引线和孔壁的圆周润湿无法目检时，可用X-ray进行判定。 注3：产品等级A、B、C的定义在4.1一般要求章节中已做规定。 注4 ：某些应用场景的产品不接受小于100%焊料填充，例如严酷环境下工作、过载冲击等，这些产品的可 接受标准应与客户确认，并执行这类产品的规范要求。例如航天电子产品可参考QJ 165。 图25 焊料垂直充填示意图 24 图26 焊料起始面外圆周润湿示意图 8.2 焊点微观结构分析 对通孔焊点进行金相切片分析，判断焊点微观结构组织是否处于均匀状态，焊料与通孔个孔壁、元 器件端子之间形成的金属间化合物层 （IMC）的厚度是否适中 （推荐范围在0.5 μm～4.0 μm之间），见 图27。 注：一般认为金属间化合物层厚度应在0.5 μm～4.0 μm 之间。当厚度为0.5 μm 时抗拉强度最佳；＜0.5 μm 时，由 于金属间化合物层太薄，几乎没有机械强度；而厚度＞4.0 μm 时，由于金属间化合物层太厚，使焊接处失去弹性，由于 金属间化合物层结构疏松、发脆，也会使强度变小。 图27 金属间化合物层图 8.3 焊点强度分析 将通孔回流焊接完成的插装元器件用万能材料试验机测试焊接强度，所有测试点断裂不是焊接界面 （见图28），说明通孔焊点具有良好的抗拉强度。 注：软钎焊的钎料熔点低于450°C，焊点强度70 MPa；一般无铅焊料和有铅焊料的拉伸强度分别取32MPa、44MPa的 力进行测试。 25 图28 抗拉强度测试引脚断裂情况 8.4 焊接不良示例 见附录A。 8.5 其他的组装品质判定标准 本文件规定以外的通孔安装焊接组装的品质判定标准，可依据GB/T 19247.3、IPC-A-610的规范要 求。 26 A A 附 录 A （资料性附录） 通孔回流焊接典型缺陷实例 A.1 锡珠 （焊料飞溅／溢出） 由于印刷的焊膏量过多，通孔内截留的空气，在回流焊接过程中释放，使焊料产生飞溅形成锡珠（见 图A.1）。 图A.1 锡珠 （焊料飞溅／溢出）图例 A.2 通孔填充不足 由于元器件端子与通孔的配合间隙较大；印刷焊膏量不足；元器件端子过短，未伸出焊料到达面等 因素，易产生焊接后焊料填充不足的缺陷，严重时会产生焊点空洞贯穿通孔的现象 （见图A.2）。 图A.2 通孔填充不足图例 27 A.3 焊接界面未形成可接受焊点 由于元器件端子过长，导致端子的伸出长度1.5mm；元件本体吸热量大（特别是金属外壳）；在焊 接过程中，部分熔融焊料未与通孔焊盘及孔壁完成润湿、扩散、溶解，通过毛细作用和软钎焊作用，形 成金属间化合物 （见图A.3）。 图A.3 焊接界面未形成可接受焊点图例 A.4 元器件回流焊接后浮高、倾斜事例 由于元器件质量相对较轻；引脚直径与通孔尺寸不匹配；以及元器件插装不到位等因素，易发生过 炉后元器件浮高、倾斜等现象，需采用工装夹具辅助焊接 （见图A.4）。 图A.4 元器件浮高、倾斜及使用工装示例 A.5 印制板设计不合理事例 在焊料到达面设计布局的贴片元器件，与通孔回流焊接元件的通孔焊盘距离过近，易被元器件端子 带出的焊膏接触和污染，由此产生缺陷；由于通孔与端子的间隙设计过小，导致焊接过程中毛细作用受 阻，从而产生空洞 （见图A.5）。 28 图A.5 印制板设计不合理示例 29 BB 附 录 B （指南性附录） 模板设计指南 B.1 模板设计 采用通孔回流焊接技术进行通孔回流焊接元件组装时，需要出示足够的焊膏量，以确保元器件经过 回流焊接后，焊料能填充整个通孔，并在焊料到达面形成可接受的焊点。 B.1.1 模板开孔的宽厚比和面积比 为保证焊膏印刷时脱模良好，模板中每个单一开孔设计应满足宽厚比和面积比要求：宽厚比≥1.66； 面积比≥0.66。其中参与计算相关的尺寸数据，见图B.1。 由式 （B.1）和 （B.2)分别计算出宽厚比和面积比。 W 宽厚比= ………………………………………………… （B.1） T L×W 面积比 = …………………………………… ( ) 2× L+W ×T （B.2） 式中： W———— 模板开孔宽度； T———— 模板厚度； L———— 模板开孔长度。 图B.1 网板开孔尺寸示意图 B.1.2 模板开孔尺寸设计 通常通孔回流焊接需求的焊膏量较大，模板开孔采用套印设计，开孔宽度 （W）和长度 （L）大于通 孔表面焊盘尺寸，应注意以下几个方面： a) 模板开孔设计应确保焊膏不污染到其它表面，如过孔、表层导线等； b) 模板开孔尺寸超过与之对应焊盘尺寸过多时，焊接时易产生锡珠； c) 若模板开孔不能完全覆盖通孔表面，易导致在重复印刷过程通孔内填充焊膏体积差异大。 一般模板开孔的长度或宽度方向超出通孔表面焊盘的距离g 应

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