通孔回流焊接组件设计和材料的选择

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(1)应用于通孔回流焊接工艺的元件的本体材料

由于通孔和异形组件将要经过整个回流温度曲线,所以它们必须承受高的温度。元件应该采用那些在 183℃(最好是220℃达60s)以上、峰值温度240℃、60~90 s内不发生劣化的树脂制造。UL 94 V-O可 燃性和其他塑料界树脂标准有助于制造商生产出可靠的组件。元件件制造商还需要有关弯曲、尺寸稳定 性、收缩和介电特性等方面的标准。图1和图2是元件本体材料因为承受不住高温而降解的实例。

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图1 元件本体材料因为承受不住高温而降解 图2 连接器元件材料高温因焊接而损坏

组件尺寸发生变化的温度范围至今仍不能很好的定义,而组件在回流焊炉中的取向问题也得考虑,尤 其是对于存储器模块等长和薄型组件。以下是一系列能够承受回流焊温度的树脂。

·液晶聚合物(LCP)——相对昂贵,在薄壁铸模中能保持紧密公差,并具有很好的薄壁硬度(对于存 储器模块等应用十分重要);

·聚亚苯基硫化物(PPS)——具有很好的流动性;

·聚二甲基环化己烯对苯二酸酯(PCT);

·Polyphthalamide(PPA)。

很多元件制造商提供使用适于回流焊树脂制造的通孔元件,这种高温适应性是明显关注外观和可靠性 工艺的一项基本条件。

(2)通孔回流焊元件的离板高度

要求元件距离PCB表面具有足够和正确定位的离板间隙。离板间隙可使熔化的焊膏从其印刷位置自由 地流向PTH。离板间隙不应干涉或阻碍锡膏印刷敷层,也不应干涉或阻碍组件的其他部分。不正确的组 件本体设计会产生锡珠和或桥连的缺陷。因此,在元件本体上,一般都设计有“立高销”,高度在12~ 15 mil,以保证合适的离板间隙。在设计网板开孔时必须考虑组件设计。这项要求相当重要,是成功工 艺的另一个基本要求。如图3所示。

一些组件如微型DIN连接器(插PC鼠标用)是屏蔽型的,金属屏蔽罩属于可焊表面。如果锡膏敷层触 及该材料,就有可能造成焊料湿润组件壳体而非PTH和引脚。但必须注意的是,过印锡膏敷层在回流焊 时,在被拉回至PTH时会变短变高,高度的增加会导致锡膏敷层与可焊的屏蔽部分接触。因此,必须注 意,在确定锡膏敷层位置时必须考虑组件的设计。

通孔回流焊接组件设计和材料的选择

图3(a) 元件本体上的“立高销”

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图3(b) 设计印刷钢网开孔时需要避开“立高销”

在双面回流焊以及组件引脚涂敷焊膏的情况下,组件必须具有在处理过程中牢固定位的保持能力。但是如果使用自动插件机,就不一定需要把保持孔钻成大孔。

(3)通孔回流焊元件的引脚长度

在质量标准允许的情况下,超出PCB底部的组件引脚长度应该尽量短,该长度不应超过0.04~0.05 in ,如图4所示。如果引脚暴露的长度过大,引脚端的焊膏会掉落,或在回流焊时,会在引脚端形成焊球 。最理想的伸出长度是接近于零。在这种情况下,电镀通孔中的焊膏不会损失,而体积计算也近乎完美 。有一点必须注意的是,随着温度升高,锡膏的黏性会下降得非常快。如果引脚端有锡珠,它有可能会 落在预热区域,而体积便会损失。如果不能控制引脚暴露的长度,那么,解决方法之一是在体积模型中 创建安全因数。

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图4 元件引脚暴露在通孔外的长度小于1.27 mm

(4)PCB通孔的设计

PCB通孔根据元件引脚的形状和直径来设计。元件引脚的形状有多种,如平角、圆角和尖角等,我们取 其有效直径来设计PCB上的通孔。通孔的设计不仅和元件引脚相关,还必须考虑机器的贴装精度。较小 的孔径则其和元件引脚之间的间隙就小,元件装配会困难,而且不利于焊接过程中的排气,会增加焊点 内的空洞。当然,需要的锡膏量会少;较大的通孔需要多的锡量,元件装配容易,有利于焊接过程中的 排气以减少焊点空洞。如图5和图6所示。

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图5 元件引脚形状示意图 图6 通孔示意图

通孔的直径=引脚直径+引脚直径公差+引脚间距公差+孔的位置公差+孔的直径公差+机器的贴装精度。

例如,当元件引脚有效直径为23mil,贴装精度为4mil,则通孔直径计算如表所示。

表 通孔查径计算表

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通孔的焊盘尺寸比孔径大15~20 mil。

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