在傳統(tǒng)的電子組裝工藝中，對(duì)于安裝有過(guò)孔插裝元件（PTH）印制板組件的焊接一般采用波峰焊接技術(shù)。但波峰焊接有許多不足之處：不能在焊接面分布高密度、細(xì)間距貼片元件；橋接、漏焊較多；需噴涂助焊劑；印制板受到較大熱沖擊翹曲變形。由于目前電路組裝密度越來(lái)越高，焊接面不可避免將會(huì)分布有高密度、細(xì)間距貼片元件，傳統(tǒng)波峰焊接工藝已經(jīng)對(duì)此無(wú)能為力，一般只能先單獨(dú)對(duì)焊接面貼片元件進(jìn)行回流焊接，然后手工補(bǔ)焊剩余插件焊點(diǎn)，但存在焊點(diǎn)質(zhì)量一致性差的問(wèn)題。為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，幾種新型混裝焊接工藝技術(shù)不斷涌現(xiàn)，例如選擇性焊接、通孔回流焊和使用屏蔽模具等，可以保護(hù)表面貼裝元件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通孔元件焊接，大幅度降低生產(chǎn)工序和周期時(shí)間。本文將逐一介紹。
1幾種混裝焊接工藝技術(shù)介紹
1.1選擇性焊接
可通過(guò)與波峰焊的比較來(lái)了解選擇性焊接的工藝特點(diǎn)。兩者間最明顯的差異在于波峰焊中PCB的下部完全浸入液態(tài)焊料中，而在選擇性焊接中，僅有部分特定區(qū)域與焊錫波接觸。由于PCB本身就是一種不良的熱傳導(dǎo)介質(zhì)，因此焊接時(shí)它不會(huì)加熱熔化鄰近元器件和PCB區(qū)域的焊點(diǎn)。在焊接前也必須預(yù)先涂敷助焊劑。與波峰焊相比，助焊劑僅涂覆在PCB下部的待焊接部位，而不是整個(gè)PCB。選擇性焊接并不適合焊接貼片元件。
選擇性焊接工藝有兩中不同工藝：拖焊工藝，浸焊工藝。
（1) 拖焊工藝。選擇性拖焊工藝是在單個(gè)小焊嘴焊錫波上完成的，如圖1。拖焊工藝適用于PCB上非常緊密的空間進(jìn)行焊接。例如：個(gè)別的焊點(diǎn)或引腳，單排引腳能進(jìn)行拖焊工藝。PCB以不同的速度及角度在焊嘴的焊錫波上移動(dòng)達(dá)到最佳的焊接質(zhì)量。為保證焊接工藝的穩(wěn)定，焊嘴的內(nèi)徑小于6 mm。焊錫溶液的流向被確定后，為不同的焊接需要，焊嘴按不同方向安裝并優(yōu)化。機(jī)械手可從不同方向，即0o～12o間不同角度接近焊錫波，于是用戶(hù)能在電子組件上焊接各種器件，對(duì)大多數(shù)器件，建議傾斜角為10o。
與浸焊工藝相比，拖焊工藝的焊錫溶液及PCB板的運(yùn)動(dòng)，使得在進(jìn)行焊接時(shí)的熱轉(zhuǎn)換效率就比浸焊工藝好。然而，形成焊縫連接所需要的熱量由焊錫波傳遞，但單焊嘴的焊錫波質(zhì)量小，只有焊錫波的溫度相對(duì)高，才能達(dá)到拖焊工藝的要求。例：焊錫溫度為275 ℃～300 ℃，拖拉速度10 mm/s～25 mm/s通常是可以接受的。在焊接區(qū)域供氮，以防止焊錫波氧化，焊錫波消除了氧化，使得拖焊工藝避免橋接缺陷的產(chǎn)生，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)增加了拖焊工藝的穩(wěn)定性與可靠性。
機(jī)器具有高精度和高靈活性的特性，模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以完全按照客戶(hù)特殊生產(chǎn)要求來(lái)定制，并且可升級(jí)滿(mǎn)足今后生產(chǎn)發(fā)展的需求。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)半徑可覆蓋助焊劑噴嘴、預(yù)熱、和焊錫嘴，因而同一臺(tái)設(shè)備可完成不同的焊接工藝。機(jī)器特有的同步制程可以大大縮短單板制程周期。機(jī)械手具備的能力使這種選擇焊具有高精度和高質(zhì)量焊接的特性。首先是機(jī)械手高度穩(wěn)定的精確定位能力（±0.05 mm），保證了每塊板生產(chǎn)的參數(shù)高度重復(fù)一致；其次是機(jī)械手的5維運(yùn)動(dòng)（X、Y、Z、U、q）使得PCB能夠以任何優(yōu)化的角度和方位接觸錫面，獲得最佳焊接質(zhì)量。機(jī)械手夾板裝置上安裝的錫波高度測(cè)針，由鈦合金制成，在程序控制下可定期測(cè)量錫波高度，通過(guò)調(diào)節(jié)錫泵轉(zhuǎn)速來(lái)控制錫波高度，以保證工藝穩(wěn)定性。
盡管具有上述這么多優(yōu)點(diǎn)，單嘴焊錫波拖焊工藝也存在不足：焊接時(shí)間是在焊劑噴涂、預(yù)熱和焊接三個(gè)工序中時(shí)間最長(zhǎng)的。并且由于焊點(diǎn)是一個(gè)一個(gè)的拖焊，隨著焊點(diǎn)數(shù)的增加，焊接時(shí)間會(huì)大幅增加，在焊接效率上是無(wú)法與傳統(tǒng)波峰焊工藝相比的。但情況正發(fā)生著改變，多焊嘴設(shè)計(jì)可最大程度地提高產(chǎn)量。例如，采用雙焊接噴嘴可以產(chǎn)量提高一倍。對(duì)助焊劑也同樣可設(shè)計(jì)成雙噴嘴。
（2)浸焊工藝。浸入選擇焊系統(tǒng)有多個(gè)焊錫嘴，并與PCB待焊點(diǎn)是一對(duì)一設(shè)計(jì)的，雖然靈活性不及機(jī)械手式，但產(chǎn)量卻相當(dāng)于傳統(tǒng)波峰焊設(shè)備，設(shè)備造價(jià)相對(duì)機(jī)械手式也較低。根據(jù)PCB的尺寸，可以進(jìn)行單板或多板并行傳送，所有待焊點(diǎn)都將以并行方式同一時(shí)間內(nèi)完成助焊劑噴涂、預(yù)熱、和焊接。但由于不同PCB上焊點(diǎn)的分布不同，因而對(duì)不同的PCB需制作專(zhuān)用的焊錫嘴。焊嘴的尺寸盡可能大，保證焊接工藝的穩(wěn)定，不影響PCB上的周邊相鄰器件，這一點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)工程師講是重要的，也是困難的，因?yàn)楣に嚨姆€(wěn)定性可能依賴(lài)于它。
使用浸入選擇焊工藝，可焊接0.7 mm～10 mm的焊點(diǎn)，短引腳及小尺寸焊盤(pán)的焊接工藝更穩(wěn)定，橋接可能性也小，相鄰焊點(diǎn)邊緣、器件及焊嘴間的距離應(yīng)大于5 mm。選擇浸焊工藝，可使用下列參數(shù)設(shè)置：
①焊錫溫度27 5℃～300 ℃
②浸入速度20 mm/s～25 mm/s
③浸入時(shí)間1 s～3 s
④浸后速度2 mm/s
⑤激波泵速率按焊嘴數(shù)量定
1.2通孔回流焊
簡(jiǎn)單地說(shuō)，通孔回流焊接工藝（Through-hole Reflow, THR）,就是使用回流焊接技術(shù)來(lái)裝配通孔元件和異型元件。由于產(chǎn)品越來(lái)越重視小型化、增加功能以及提高組件密度，許多單面和雙面板都以表面貼裝元件（SMC）為主。但是，由于固有強(qiáng)度、可靠性和適用性等因素，在某些情況下，通孔型器件仍然較SMC優(yōu)勝，特別是處于PCB邊緣的連接器。
在以表面安裝型組件為主的電路板上使用通孔器件，其缺點(diǎn)是單個(gè)焊點(diǎn)費(fèi)用很高，因?yàn)楫?dāng)中牽涉到額外的處理步驟，包括波峰焊、手工焊或其他選擇性焊接方法。就這類(lèi)裝配來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵在于能夠在單一的綜合工藝過(guò)程中為通孔和表面安裝組件提供同步的回流焊。圖2為通孔回流焊接工藝。
通孔回流焊工藝可實(shí)現(xiàn)在單一步驟中同時(shí)對(duì)通孔型器件和SMC器件進(jìn)行回流焊。制造工藝所需要的步驟取決于裝配中使用的特殊組件。例如，計(jì)算機(jī)主板上帶有大量的SMC（它占了所用組件的大部分）以及數(shù)量有限的通孔型器件：連接器、分立組件、開(kāi)關(guān)和插孔器件等。目前使用錫膏網(wǎng)板印刷和回流焊將SMC固定在PCB上?？梢圆捎妙?lèi)似的工藝來(lái)完成通孔以及異型器件的互連。在許多情況下，使用THR工藝可以省去后續(xù)的波峰焊接操作。
1.2.1 錫膏涂覆工藝
與一般的表面貼裝工藝相比，通孔回流工藝使用的錫膏量要比一般的SMT多一些，大約是其30倍。目前通孔回流工藝主要采用兩種錫膏涂覆技術(shù)，包括錫膏印刷和自動(dòng)點(diǎn)錫膏。
（1）錫膏印刷。對(duì)于THR工藝，網(wǎng)板印刷是將錫膏沉積于PCB的首選方法。網(wǎng)板厚度是關(guān)鍵的因素，這將影響到漏印到PCB上的錫膏量。可采用階梯網(wǎng)板，其中較厚的區(qū)域?qū)橥灼骷O(shè)。這種鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)可滿(mǎn)足不同錫膏量的要求。
（2）自動(dòng)點(diǎn)錫膏。自動(dòng)點(diǎn)錫膏成功地為通孔和異型組件沉積體積正確的錫膏，它提供了網(wǎng)板印刷可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)的大量錫膏沉積的靈活性和能力。在為裸露的電鍍通孔（Plated Through Hole，PTH）點(diǎn)錫膏時(shí)，建議使用比PTH直徑略大的噴嘴。這樣，在點(diǎn)錫膏時(shí)，強(qiáng)迫錫膏緊貼PTH的孔壁，并使材料從PTH的底部稍稍擠出，然后從點(diǎn)錫膏相反的方向?qū)⒔M件插入。如果使用比PTH直徑小的噴嘴，錫膏會(huì)從孔中排出并造成嚴(yán)重的錫膏損失。
通孔回流焊在很多方面可以替代波峰焊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)插裝元件的焊接，特別是在處理焊接面上分布有高密度貼片元件（或有細(xì)間距SMD）的插件焊點(diǎn)的焊接，這時(shí)傳統(tǒng)的波峰焊接已無(wú)能為力，另外通孔回流焊能極大地提高焊接質(zhì)量，這足以彌補(bǔ)其設(shè)備昂貴的不足。通孔回流焊的出現(xiàn)，對(duì)于豐富焊接手段、提高線(xiàn)路板組裝密度（可在焊接面分布高密度貼片元件）、提升焊接質(zhì)量、降低工藝流程，都大有幫助。
1.2.2通孔回流焊元件的裝配工藝
應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備及通信設(shè)備上的異型元件由于其高度較高、外形奇特和重量大的特點(diǎn)，要求自動(dòng)貼片設(shè)備具有能處理范圍很寬的元器件種類(lèi)的能力，歸納起來(lái)，要求貼片設(shè)備具有：（1）用戶(hù)化（特殊）吸嘴—有足夠的真空吸力；（2）可調(diào)夾具—某些元件可能需要特殊的夾子拾取和裝配；（3）特殊板的支撐及夾持系統(tǒng)；（4）高的裝配壓力；（5）對(duì)于異型元件的高精度裝配，機(jī)器具有全像處理能力。
業(yè)界對(duì)通孔技術(shù)重燃興趣的原因之一，就是在于現(xiàn)在一些品牌的自動(dòng)貼裝設(shè)備，如環(huán)球儀器的Advantis AX72和Ploaris，具有很強(qiáng)的貼裝異型和通孔元件的能力。元件可采用管式、編帶式、華夫盤(pán)式等包裝，送料器直接安裝在貼片機(jī)上。自動(dòng)貼裝具有精確、可靠和高速的優(yōu)點(diǎn)，而且可以進(jìn)行自動(dòng)貼裝的組件也越來(lái)越多。手工貼裝是次一級(jí)的貼裝選擇，對(duì)于與一些通孔連接器，由于有定位銷(xiāo)設(shè)計(jì)有助于對(duì)位。對(duì)于高引腳組件，這些變得越來(lái)越重要。手工貼裝在于安裝成本很低且沒(méi)有設(shè)置時(shí)間，缺點(diǎn)在于速度低，并且精度不穩(wěn)定。
1.2.3通孔回流焊接工藝
回流焊必須能夠?yàn)檎麄€(gè)組件和所有引腳位置提供足夠的熱量（溫度）。與組件上裝配的其他表貼元件相比，許多異型/通孔器件較高并具有較大的熱容。對(duì)于THR應(yīng)用，一般采用的是紅外輻射再流焊，避免熱風(fēng)對(duì)流溫度不均對(duì)焊接造成影響。分開(kāi)的頂部和底部加熱控制也有助于降低PCB組件上的溫差。對(duì)于帶有高堆疊25腳DSUB連接器的計(jì)算機(jī)主板，組件本體溫度高得不能接受。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是增加底部溫度而降低頂部溫度。液相線(xiàn)之上的時(shí)間應(yīng)該足夠長(zhǎng)，從而使助焊劑從PTH中揮發(fā)，可能比標(biāo)準(zhǔn)溫度曲線(xiàn)要長(zhǎng)。截面切片分析可能很重要，以確認(rèn)回流焊溫度曲線(xiàn)的正確性。此外，還必須仔細(xì)測(cè)量組件上的峰值溫度和熱梯度并嚴(yán)加控制。所以，設(shè)置回流焊接曲線(xiàn)時(shí)必須注意：（1）控制空洞/氣泡的產(chǎn)生；（2）監(jiān)控板上溫度的分布、大小元件的溫差；（3）考慮元件本體熱兼容性；（4）升溫速率、液相以上時(shí)間、回流峰值溫度、冷卻速度。
要求適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定的升溫速率，因?yàn)樵诖诉^(guò)程中，由于錫膏受熱黏度下降，同時(shí)助焊劑揮發(fā)使錫膏粘度升高，適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定的升溫速度使錫膏黏度維持平穩(wěn)，這對(duì)于裝配過(guò)程中元件引腳頂端留有錫膏的情況非常重要。
1.3使用屏蔽模具波峰焊接工藝技術(shù)
由于傳統(tǒng)波峰焊接技術(shù)無(wú)法應(yīng)對(duì)焊接面細(xì)間距、高密度貼片元件的焊接，因此一種新方法應(yīng)運(yùn)而生：使用屏蔽模具（如圖3）遮蔽貼片元件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接面插裝引線(xiàn)的波峰焊接。
1.3.1 使用屏蔽模具波峰焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
1）實(shí)現(xiàn)雙面混裝PCB波峰焊生產(chǎn)，能大幅提高雙面混裝PCB生產(chǎn)效率，避免手工焊接存在的質(zhì)量一致性差的問(wèn)題。
2）減少粘貼阻焊膠的準(zhǔn)備時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
3）產(chǎn)量相當(dāng)于傳統(tǒng)波峰焊。
1.3.2 屏蔽模具材料
1）制作模具必須防靜電，常見(jiàn)材料為：鋁合金，合成石（國(guó)產(chǎn)/進(jìn)口），纖維板。使用合成石時(shí)為避免波峰焊?jìng)鞲衅鞑桓袘?yīng)，建議不要使用黑色合成石。
2）制作模具基材厚度。根據(jù)機(jī)盤(pán)反面元件的厚度，選取5 mm～8 mm厚度的基材制作模具。
1.3.3 模具工藝尺寸要求
1）模具的外形尺寸：模具的長(zhǎng)與寬分別等于PCB的長(zhǎng)與寬加上60 mm的載具邊的寬度
且模具寬度必須≦350 mm，具體工藝尺寸如圖4。當(dāng)PCB寬度小于140 mm時(shí)，可以考慮在一模具同時(shí)放置兩塊PCB焊接。
2）工藝邊離邊緣8 mm，另外兩邊貼近邊緣地方加裝10 mm寬、10 mm高的電木條，以增加模具的強(qiáng)度，減少模具變形。
3）每個(gè)加強(qiáng)檔條上必須使用螺絲固定，螺絲與螺絲的間必需在150 mm以下。
4）在模具制作完成后，需在四周且間距100 mm以?xún)?nèi)安裝壓扣 (固定PCB于模具上)，且須注意以下幾點(diǎn)：①旋轉(zhuǎn)一周不碰觸到零件；②不影響DIP插件；③能將PCB穩(wěn)固于模具。
5）模具的四個(gè)角要開(kāi)一個(gè)R5的倒角。
6）模具上的PCBA在過(guò)錫爐時(shí)，有些零件受錫波的沖擊會(huì)產(chǎn)生浮高，因此對(duì)一些容易浮高的零件采用壓件的方法來(lái)解決。目前主要采用的方式：①金屬鐵塊壓件；②模具上安裝壓扣壓件；③制作防浮高壓件治具。
2 結(jié)束語(yǔ)
由于目前線(xiàn)路板越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的波峰焊接技術(shù)受到了極大限制，特別是針對(duì)焊接面上分布有高密度貼片元件（或有細(xì)間距SMD）的插件焊點(diǎn)的焊接，若手工焊接插件焊點(diǎn)存在質(zhì)量一致性差的問(wèn)題。應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的最好解決辦法就是采用上述介紹的幾種新型混裝焊接工藝技術(shù)，它們都可以保護(hù)表面貼裝元件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通孔元件焊接。選擇哪一種焊接工藝技術(shù)要視產(chǎn)品特點(diǎn)而定，若產(chǎn)品批量小、品種多，則可以考慮選擇性拖焊工藝技術(shù)，無(wú)需制作專(zhuān)門(mén)的模具，但設(shè)備投資較大。若產(chǎn)品種類(lèi)單一，批量大，又想與傳統(tǒng)波峰焊工藝相兼容，則可考慮采用使用屏蔽模具波峰焊接工藝技術(shù)，可以達(dá)到與傳統(tǒng)波峰焊接相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，但需要投資制作專(zhuān)門(mén)的模具。這兩種焊接技術(shù)工藝都比較好控制，因此在目前電子組裝生產(chǎn)中正被廣泛采用，而通孔回流焊接由于工藝控制難度較大，應(yīng)用相對(duì)前二者少些，但對(duì)提升焊接質(zhì)量、豐富焊接手段、降低工藝流程，都大有幫助，也是一種非常有發(fā)展前景的焊接手段。
可以預(yù)見(jiàn)，隨著電子組裝密度的進(jìn)一步提高，上述幾種新型混裝焊接技術(shù)必將在電子組裝中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，同時(shí)也給PCB設(shè)計(jì)者提供了新的工藝選擇。