电路板插孔锡膏回焊

一般电路板厂家在对电路板进行混合(焊接)技术(Mixed Technology)之组装；亦即所谓的SMT锡膏回焊，再加上通孔波焊等两种製程的前后参与。此等做法一向行之有年，即使进入无铅焊接之世代仍可依法炮製无甚新鲜。问题是无铅焊接的热量大增，即使正反面两次回焊，已逼得板材与零组件岌岌可危，若再多加上一道波焊的肆虐，其情况当然就更为不妙了。何况除了大型低阶产品外，幸孔零件已愈来愈少，是故波焊的生存价值确有检讨的馀地。

目前仍需用到插孔波焊的零件以连接器(Connector)，或功率较大或插拔式元件等为主，但数量却愈来愈少。此等讲究结构力的焊点仍以插孔焊接为主，因其抗拉强度平均是SMT的10倍。早在多年前某些业者为了节省波焊设备与管理的负担，曾试行过一种“锡膏进孔”式，以热风回焊代替波焊的做法号完成引脚插孔与填锡的焊接。此法特称为Pin in Hole  (PIH)  或Pin in Paste (PIP)，目前在手机电路板组装中又开始流行，对未设置波焊机之业者而言，成本上似乎还算合理。

图1、此为电路板锡膏插孔焊接示意图

一、事先淮备

（1）耐热性的差异

将原先插脚之波焊改成锡膏入孔回焊时，最首要关切的重点是零件本体，是否能够耐得住无铅Reflow强大热量的考验而不致受伤。须知波焊时底面零件脚虽受到270℃约4秒钟的强热煎熬，但隔著PCB又远离锡波的零件本体，即使通过前后两道锡波时却始终未超过160℃，至于预热中的顶板面也只有120℃而已。不过回焊的做法却大异其趣，不但零件本体必须直接置身于220℃熔点以上，遭受热气流的折磨，且其TA L (融锡历时）更长达60秒以上。故知採用PIH的零组件其耐热性已与波焊者完全不同，必须要达一般SMD的基本要求才行。

（2)填锡量的考虑

电路板制作过程中锡膏重量比的组成是金属占88-90％ ，其馀10-12％为有机辅料。但体积比却是各占一半，以致完成癒合凝结成焊点后，其体积将至少萎缩一半，因而在设计孔径时即应考虑其塡锡量的要求。一般经验法则是孔径要比起圆脚直径所大出的尺寸不宜超过10mi1〈即单边5mi1)。若为方脚时，其对角线所测的厚度与孔径相比时，两者相差値不宜超过5mil 。唯其如此回焊后孔内的塡锡高度，才较容易达到著名规范J-STD-001D表6-5中明文指出起码塡锡量75％的规格。

图2、左图之填锡量尚可，右图只剩下半孔沾锡别显然未达孔长75％的规格。

（3）钢板的开口。

为了要在插脚孔内妥备填锡量起见，刮刀所印出的锡膏体积必须要够多才行，因而同一片钢板对此种PIH的印膏，必须要採用扩大印刷Over Print的做法，亦即钢板要更厚且开口要比孔环更大，其印膏量才勉强够用。事实钢板增厚对其他小垫而言并不容易实行，反倒是对超出环面所扩印的锡膏，其实并不需要担心向外流失，因其癒合中强大的内聚力会将外围的锡量拉回中心来，因而无须去担忧焊后的短路问题。

图3、此二图均为PIH切片的暗视画面，左图之锡量不足应与印膏量欠缺，

以及孔径脚径之差距太大有关，通常二者差距以10mil以下为宜。

还有一种简单的做法，就是无需增加钢板的厚度，只要去回印刷两次锡膏，再加扩印的帮助亦可达到孔中填锡量的要求。至于先印一次薄膏后印二次厚膏的两片钢板重合印刷法，则于成本与施工上都很不适合，但对密集组装全无馀地，扩印者却颇为有利。不过要注意的是锡膏用量增加后，助焊剂的残渣也跟著变多’难免会对目检带来烦恼。

图4、可採同一片钢板来回刮印两次，以增加孔中锡膏的印入量。

图5、左图压低刮刀的攻角（由60°到45°〉将可增多入孔之印膏量，

右图说明剪脚不可太长，以免捅出锡膏而减少填锡并带来其他麻烦。

二、现场施工

（1）盖孔覆环法

此为早期的做法，是利用钢板开口将PTH孔口及环面全部予以覆盖锡膏，且刻意压低刮刀的攻角或刮印两次，可使锡膏之进孔量增多。然后将末端呈圆形或锥形的引脚，刺穿锡膏伸入孔中之后再去进行回焊。此法的缺点是锡膏经常会被太长的引脚所挤出或脱落，带来不少麻烦。最好是剪脚长度只要比板厚稍微多出50mil即可，如此将可得到良好的焊点。

（2）孔环单递或雨侧扩印法

刻意採扩大开口的钢板进行超多量锡膏的扩印  (Over P rint)，使插脚回焊后能够达到填锡量的规范要求(75％)，目前以孔环两侧的双边印膏法较为盛行。由于孔口并未盖满’因而不致发生引脚捅出锡膏的麻烦，但此种扩印术还要看板面的馀地是否够用’以做为施工的取捨。

图6、左上即为追加锡量的各种焊锡预料，左下为锡量饱满的PIH切片图。

右上为印膏上所另贴追加的预料，右下为未加预料前的昼面。

(3)追加预料法

即使採双边或单侧扩印的方式，也很难将插脚孔填锡到达规范之所需，于是只好在扩印的锡膏表面，再追加补贴一小块事先成型的焊锡预料商品(Preform)，而此种预料是从扁平焊料所衝切出来的各种薄片，完全不含任何有机物，因而体积非常实在，焊后效果很好(最新商品亦有已附带助焊剂之预料）。不过却因市场有限而价格非常昂贵（单一小片竟索价新台币2元之多），而且自动贴放的动作也还要另伤脑筋。事实上此等棘手问题，只要人工够便宜手艺也够好时，烙铁手焊法仍是最佳的选择。

图7、此为双面SMT流程中加入PIH的说明，也就是当顶面完成回焊后，

即在顶面先行插脚弯脚，然后翻面在底面完成印膏与贴件，

并另于插焊处专门注射锡膏，最后才将PIH与底面贴件同时完成回焊。

(4)引脚出口局部挤膏法(Dispense)

当板子正面完成回焊后，即将各插装件之引脚插入孔内，并打弯所穿出的脚尾，当其翻板执行反面的锡膏刷之同时，再利用机械手臂定点挤膏脚尾，进炉后即可完成底面的插贴两种回焊。

三、冷门再度炒热

手机板电路板与其他手执型电子机器的多层板类，双面均需过炉回焊上各式贴装元件，但某些需要强度更好的少数焊接位置(例如充电插座等)，则仍以通孔插焊为宜。对于如此之少数需求当然不可能大动干戈再去另做波焊’于是锡膏入孔的PIH or PIP做法，最近又大行其道矣。下左图即为手机板OSP处理之通孔，与两侧刻意加大之孔环设计，另图则为其第二板面锡膏回焊后的画面。

图8、左为手机电路板需多次插拔之充电接点，其焊点强度当然要比SMT更好才行，

于是即採用PIH方式进行锡膏入孔的插焊法。为了孔内填充锡量起见，

乃刻意利用馀地加大孔环面积以便容纳更多的印膏，使于熔合时能够拉回孔中。