T∕BIE 003-2023 通孔回流焊接技术规范.pdf

T/BIE 003-2023T/BIE 北京电子学会团体标准 通孔回流焊接技术规范 Specifications for through-hole reflow(THR)soldering 2023-02-20 发布 2023-02-20 实施 北 京 电 子 学 会 发 布 I 目 次 前 言.VI 引 言.VII 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.2 4 一般要求.3 4.1 分类.3 4.2 要求的解释.4 4.3 人员.4 4.4 设计.4 4.5 设施.4 4.5.1 温度和湿度.4 4.5.2 洁净度.4 4.5.3 照明.4 4.5.4 电源和气源.5 4.5.5 静电防护区域（EPA）.5 4.5.6 工具（工装）和设备.5 5 元器件设计及规范要求.5 5.1 元器件外形结构与设计.5 5.1.1 设计图及规范.5 5.1.2 拾取面要求.5 5.1.3 元器件放置形态.7 5.1.4 元器件底部要求.7 5.1.5 端子的要求.8 5.1.6 元器件高度.11 5.2 元器件质量.11 5.3 焊料兼容性.11 5.4 元器件包装.11 6 通孔回流焊接的印制板设计.12 6.1 元器件焊盘和通孔设计.12 6.1.1 圆形端子孔径.13 6.1.2 非圆形端子.13 6.1.3 焊盘设计.14 6.2 元器件布局.14 II 7 通孔回流焊接工艺规范要求.15 7.1 工艺分析.15 7.1.1 元器件自动插装评估.错误错误!未定义书签。未定义书签。7.1.2 元器件耐焊接热评估.16 7.1.3 可涂敷焊膏区域评估.错误错误!未定义书签。未定义书签。7.2 通孔回流焊接工艺流程.17 7.3 焊膏涂敷.18 7.3.1 涂敷方式.18 7.3.2 焊膏印刷品质检测.19 7.4 元器件插装及检测.19 7.4.1 元器件插装.19 7.4.2 检测.20 7.5 回流焊接.20 7.5.1 回流焊接曲线.20 7.5.2 焊接品质检查.22 7.6 产品（组件）清洗及检测.22 7.6.1 清洗.22 7.6.2 洁净度检测.22 7.7 组装后的元器件拆卸或更换.23 7.7.1 拆卸方式选择.23 7.7.2 拆卸及更换流程.23 8 通孔回流焊接电子组件的可接受判定标准.23 8.1 焊点形态分析.23 8.1.1 焊点外观.23 8.1.2 通孔焊料垂直填充和润湿检测.23 8.2 焊点微观结构分析.25 8.3 焊点强度分析.25 8.4 焊接不良示例.26 8.5 其他的组装品质判定标准.26 附 录 A（资料性附录）通孔回流焊接典型缺陷实例.27 A.1 锡珠（焊料飞溅溢出）.27 A.2 通孔填充不足.27 A.3 焊接界面未形成可接受焊点.28 A.4 元器件回流焊接后浮高、倾斜事例.28 A.5 印制板布局设计不合理事例.28 附 录 B（指南性附录）模板设计指南.30 B.1 模板设计.30 B.1.1 模板开孔的宽厚比和面积比.30 B.1.2 模板开孔尺寸设计.30 B.1.3 模板开孔间隙.31 B.1.4 需求焊膏量（体积）计算.31 B.1.5 模板类型及厚度.33 B.1.5.1 无阶梯模板.33 B.1.5.2 阶梯模板.34 B.1.5.3 二次印刷模板.34 III B.2 模板开孔形状.35 附 录 C（资料性附录）端子位置公差与孔的配合.37 C.1 端子与通孔.37 C.1.1 端子位置公差与通孔的间隙.37 C.1.2 端子位置公差 0.4mm.37 C.1.3 端子位置公差 0.3mm.38 C.1.4 端子位置公差 0.2mm.38 C.2 端子与模板开孔.39 C.2.1 端子位置公差与圆形端子.39 C.2.2 端子位置公差与正方形端子.39 C.2.3 端子位置公差与长方形端子.40 C.2.4 端子位置公差与长方形端子（通孔为 U 槽开孔）.40 附 录 D（规范性附录 通孔回流焊接元件的相关试验和规范要求.41 D.1 润湿性.41 D.2 半润湿.41 D.3 耐焊接热应力.42 D.4 耐溶剂性.42 D.4.1 元器件耐溶剂性.42 D.4.2 标识耐溶剂性.42 D.5 机械应力.43 D.6 元器件可靠性.43 D.7 焊接曲线.43 D.8 潮湿敏感度等级（MSL）.错误错误!未定义书签。未定义书签。参 考 文 献.44 图 1 拾取面示例.6 图 2 元器件与料槽示例.6 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.7 图 5 元件顶部的平面示例.7 图 6 空隙.7 图 7 支空高度.8 图 8 底座面到端子终端的长度（H）示意.8 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.10 图 11 端子形状示意图.10 图 12 可润湿高度示意图.10 图 13 端子的光学识别对比度示意图.11 图 14 在编带或托盘中标明特定方向示例.12 图 15 元器件编带包装示例.12 图 16 方形端子的通孔设计.13 IV 图 17 扁形端子的通孔设计.14 图 18 通孔回流焊接元件布局示例.15 图 19 元器件高度示意图.16 图 20 印制板通孔回流焊单面组装工艺流程.17 图 21 印制板通孔回流焊双面组装工艺流程.18 图 22 焊膏印刷方式示意图.19 图 23 热风通孔回流焊接温度曲线示意图.22 图 24 焊点外观形状.23 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.25 图 27 金属间化合物层图.25 图 28 抗拉强度测试引脚断裂情况.26 图 A.1 锡珠（焊料飞溅溢出）图例.27 图 A.2 通孔填充不足图例.27 图 A.3 焊接界面未形成可接受焊点图例.28 图 A.4 元器件浮高、倾斜及使用工装图例.28 图 A.5 印制板设计布局不合理图例.29 图 B.1 网板开孔尺寸示意图.30 图 B.2 模板开孔与通孔焊盘的距离示意图.31 图 B.3 模板开孔间隙示意图.31 图 B.4 通孔回流焊焊点示意图.32 图 B.5 通孔焊盘模板开口和焊膏印刷示意图.33 图 B.6 无阶梯模板示意图.34 图 B.7 阶梯模板示意图.34 图 B.8 二次印刷模板示意图.35 图 B.9 开孔间距示意图.35 图 B.10 开孔长度示意图.35 图 B.11 开孔形状不一致和施加预制焊片示意图.36 图 B.12 开孔的排气通路示意图.36 图 C.1 通孔孔壁与端子间隙示意图.37 图 C.2 端子位置公差 0.4mm（端子直径 1.0mm，孔径 1.4mm)示例.38 图 C.3 端子位置公差 0.3mm（端子直径 1.0mm，孔径 1.4mm)示例.38 图 C.4 端子位置公差 0.2mm（端子直径 1.0mm，孔径 1.3mm)示例.39 图 C.5 圆形端子示例.39 图 C.6 正方形端子示例.40 图 C.7 长方形端子示例.40 图 C.8 长方形端子（U 槽开孔）示例.40 表 1 端子伸出长度.8 表 2 端子伸出长度范围.8 表 3 端子直径与通孔尺寸对照表.13 表 4 孔径与间隙（端子与通孔孔壁间）的工艺窗口.13 表 5 孔径与焊盘外径对照表.14 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）.16 表 7 常用绝缘体材料特点和耐温.16 表 8 典型通孔回流焊接工艺窗口.21 表 9 电子产品洁净度分级及洁净度指标.22 V 表 10 通孔填充量和润湿.24 表 11 耐焊接热测试条件.42 VI 前 言 本文件按照GB/T1.1-2020 标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则、GB/T 20004.1-2016团体标准化 第1部分：良好行为指南和GB/T 20001.5-2017标准编写规则 第5部分：规范标准的规定起草。本文件的附录A、附录C、附录D为资料性附录，附录B为指南性附录。本文件由江苏省电子学会SMT专业委员会、北京电子学会智能制造委员会和四川省电子学会SMT/MPT技术专委会联合提出。本文件由北京电子学会智能制造委员会归口解释。本文件版权归北京电子学会所有，未经北京电子学会许可不得随意复制修改。本文件的修订须经北京电子学会允许，任何单位或个人引用本文件的内容需指明本文件的标准号。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件起草单位：江苏省电子学会、北京电子学会、四川省电子学会、清华大学、北京航星机器制造有限公司、北京华航无线电测量研究所、航天信息、连云港杰瑞电子有限公司、中航航空电子有限公司、电信科学技术仪表所.本文件主要起草人：宣大荣、王豫明、杨举岷、蒋庆磊、吴坚、王钰、夏科、吴敌、陈燕琼、安建华、杨绪瑶、张树谦、史建卫、孙文轩、冯明祥、蔡利东、刘南、秦峥阳.VII 引 言 随着电子产品向高集成化、高密度组装方向发展，电子产品组装技术主要以表面贴装技术为基础。然而，在一些电路板中仍然存在一定数量的通孔插装元器件，形成了表面贴装元器件和通孔插装元器件共存的混合电路板。混合电路板的传统组装工艺是：先采用表面贴装技术，完成表面贴装元器件的焊接，再采用通孔插装焊接技术，通过波峰焊或手工焊完成印制电路板组装。通孔回流焊接技术是利用回流焊接工艺将通孔元器件焊接在印制板上的工艺方法，可以一次性完成混合组装电路板上的所有元器件的焊接。这样可以降低元器件和组件的热冲击次数，减少工序，提高生产效率，节约制造成本。此项技术已经在工业控制、通信、电力电子、计算机、军工等领域电子产品中得到广泛的应用。本文件对通孔回流焊接技术应用中涉及的元器件、印制板、材料、组装工艺等要求事项，给出了采用通孔回流焊接技术组装电子组件的参考标准。1 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 电工电子产品环境试验 GB/T 2423.28-2005 电工电子产品环境试验 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 2 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通孔安装元器件。3.4 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 用于真空吸嘴拾取或夹头（3.4）夹持（3.5）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：元件支座可以防止元件本体接触焊膏。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。3.12 壳体 housing 固定/承载端子等的元器件主体结构部分。3.13 基板 substrate 3 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 4 根据电子产品（组件）的用途、性能、可靠性及组装等性能指标要求，本文件对产品进行分类，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。如果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：专用电子产品 包括通信设备、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备。在典型的使用环境下使用不发生故障。C级：高性能电子产品 包括各类必须连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 应经过专业技术培训和品质教育，熟知本规范及相关标准要求；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 生产作业区环境温度以（235）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是否可靠，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 产品生产过程应对各类污染物进行控制，生产作业区的洁净度应根据产品组装要求和产品精密程度的不同进行选择和确定，设计规范及洁净度指标应符合GB 50073的规定。4.5.3 照明 生产作业区应具有良好的照明条件，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。5 4.5.4 电源和气源 应根据设备的使用要求，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。配置有一定压力的气源，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防护措施。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防护措施。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5.15.4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位置的详细尺寸图，提供焊盘、模板设计数据以及安装的数据。5.1.2 拾取面要求 元器件设计应确保可以通过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。元器件组装应优先考虑使用吸嘴拾取，如果专用吸嘴不能实现拾取及安装要求，则选用专用机械夹头。6 拾取面应保证平整度，若元件本体没有拾取平面，则需要增加辅助装置。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适合的拾取面；c)如果无法确保合适的拾取面，则可以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)设计中应尽量减少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 7 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无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，需要考虑元器件通孔回流焊接所需焊膏量。图6 空隙 8 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 2.3mm3.3mm，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 mm 产品等级 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殊要求，应满足产品设计的相关要求和相关标准。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 9 印制板厚度 mm 端子伸出长度 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 0.8+0.18-0.08 1.5 1.321.58 2.5 2.322.58 1.0+0.18-0.08 1.3 1.121.38 2.3 2.122.38 1.2+0.2-0.1 1.1 0.91.2 2.1 1.92.2 1.6+0.2-0.1 0.7 0.50.8 1.7 1.51.8 2.0+0.25-0.15 0.3 0.050.45 1.3 1.051.45 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 mm0.4 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的圆柱面内区域（见图9）。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 10 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 11 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）。需要注意如下事项：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)如果无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）。12 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对较高，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、设计规范和客户要求的前提下，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；13 d)设计中应充分考虑相关加工设备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依据。一般情况下，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)mm 常规通孔孔径a mm 通孔回流焊孔径b mm d1.0 d+0.20.3 d+0.150.2 1.0d2.0 d+0.30.4 d+0.20.3 d2.0 d+0.30.5 d+0.20.4 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+0.15mm0.2mm。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 mm 理想范围b mm 通孔孔径 0.651.60 0.751.25 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w2.5mm时，设计为方形通孔且四角倒角（圆角R为0.30.35mm），方形通孔设计尺寸参见图16a；w2mm时，设计为圆孔，孔径取值为d+0.150.25mm，其中d是端子截面对角线长，见图16b。图16 方形端子的通孔设计 14 6.1.2.2 扁形端子 端子长端w1.8mm时，设计为圆孔，孔径取值范围是d+0.15mm0.25mm，其中d是端子截面对角线长。端子长端w1.8mm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 t1.5mm 时，通孔设计为长方通孔并倒角（圆角 R 为 0.3mm0.35mm），长方通孔宽度T=t+0.3mm，长度 L=w+0.4mm0.5mm，见图 17a;b)t1.5mm 时，设计为长圆孔，长圆通孔宽度 T=t+0.3mm，且 T0.7mm，长圆通孔长度L=w+t+0.5-20.15(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1020%。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)mm 0.8 0.91.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.6 焊盘外径 mm 1.8 2.0 2.3 2.5 2.8 3.0 3.2 孔径（d1)mm 1.71.8 1.92.0 2.12.2 2.32.4 2.52.6 2.72.8 2.93.0 焊盘外径 mm 3.5 3.8 4.0 4.5 5.0 5.2 5.5 注注：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=22.3d1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）：15 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)外形尺寸较长的元器件（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2106 1.5 2106 1.53.0 2106 3.05.0 200 A级 a 电子产品的洁净度指标依据产品设计或客户要求，未明确的可参考表中适用范围。b 一些微型化和高密度化的电子产品要求是0.2Nacl/cm2。应根据焊膏中助焊剂的成分组成，选择合适的清洗类型。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。常用清洗方法：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需要注意的元器件，在清洗前对清洗工艺要求进行明确。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。23 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进行烘烤去湿。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