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垂直电镀通孔填充
  2021-11-23      

Knocking Down the Bone Pile,Bob Wettermann, BEST公司

对于热容量较大的PCB,例如多层板或厚铜板,适当且一致的填孔是一个挑战。重要的是要确保这些不可见的缺陷不会成为漏网之鱼,同时还要确保采用适当的返工技术,正确填充这些电镀孔。

有一些常见的电路板布线或设计可能会导致不正确或不一致的填孔,尤其是对于那些热容量大的PCB。当导通孔连接到接地板或更大重量的内层铜时,该元件引脚的热容量高于周围引脚的热容量。这意味着要使电路板达到正确的回流温度需要较长的时间。如果引脚/孔未达到适当的温度,则孔中焊料的润湿性较低,因此不允许焊料一直向上流动。

在其他布线中,每个元件引脚的热容量分布可能不均匀,这也会对填孔产生同样的影响。当更多的温度敏感器件靠近通孔器件时,这是另一个设计挑战,工艺工程师会在波峰焊预热期间“回拨”温度,以免损坏元器件。这种较低的温度会导致同样的孔填充不足。这些只是设计和布线对填孔的某些影响。

不仅电路板布线和设计会导致不一致或孔填充不良,而且装配加工问题也可能导致同样的缺陷。最近的一项工作[1]表明,选择合适的助焊剂是波峰焊过程中影响填孔的最大因素之一。不适当填孔的第二大影响因素是助焊剂对通孔的渗透性差。另一个不适当填孔来源于不适当的电路板预热和波峰焊停留时间不足。停留时间过长会导致镀铜孔溶解(图1)。如果用通孔回流焊代替波峰焊或选择性焊接,焊膏体积不足或印刷位置不合适可能导致孔填充不当。这些和其他工艺问题是一些与工艺相关的填孔缺陷的更常见原因。

发现不适当的填孔要求有适当的检查规则以检测缺陷。根据IPC A-610标准,有几种方法可以检查孔是否正确填充。目视检查可以推断填孔,但必须通过工艺能力分析的其他方法证实。例如,如果电镀孔的源侧和目标侧都存在环形润湿,则可以推断该孔已填充。通过对电镀通孔的横截面剖分,可以优化装配工艺,测量孔的填充量。通过将此孔填充横截面量与源和目标引脚和焊盘的目视检查以及适当的置信区间联系起来,可以确认该过程处于受控状态。

X射线检查(图2)可以使用内置算法确定孔填充百分比。虽然AOI系统可以检测到源和目标焊点的存在,但它们不能确定孔中是否有焊料。

一旦发现缺陷,并决定对部件进行返工,作为电路板处置的一部分,可采用几种返工工艺。的在镀通孔中添加额外的焊料可以采取几种不同的形式。在某些情况下,焊锡喷泉经适当预热并添加适当的助焊剂可以填充孔的剩余部分。必须注意确保波峰焊停留时间保持在最低限度,尤其是铜溶解可能导致孔壁变薄或孔铜断裂。在受到波峰温度影响之前,在炉子中加热电路板可减少对组件的热冲击,同时限制停留时间。在最简单的情况下,一个焊接技术人员可以通过助焊剂和烙铁来解决填孔不足的问题。如果电路板具有较大的热容量,则必须首先在受控炉子中对电路板进行预热。从炉子中取出后,可立即向孔中添加助焊剂和焊料,以填孔并符合规范要求。

通过仔细的工艺故障排除以及了解板布线如何导致孔填充不足,可以选择适当的返工工艺,以使填孔符合要求。SMT007

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图1.导通孔横截面显示孔壁铜溶解

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图2.X射线检查和填孔计算检查程序

参考文献

1.Thomas Shoaf, Joseph Clure, Denis Jean, “Achieving excellent vertical hole fill on thermally challenging boards using selective soldering,” SMTAI Proceedings 2009.

2.IPC-A-610 Rev H 7.3.5.1 Supported Hole Solder Fill (a).

3. C Hamilton “A Study of Copper Dissolution During Lead-Free PTH Rework,” Circuits Assembly, May 2006.

4. Brian Czaplicki, “Advanced Through-Hole Rework of Thermally Challenging Components/Assemblies: An Evolutionary Process,”  IPC APEX 2009.

Bob Wettermann是BEST公司的执行董事, BEST公司是一家芝加哥的合同重工维修工厂。更多的信息,请联系info@solder.net. 阅读之前的专栏或联系Wettermann, 点击这里.

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