通孔回流元件引入、焊盘设计、钢网开孔设计

钢网开孔分析钢网的主要作用是将锡膏准确的涂覆到焊盘上，这是直接影响SMT焊接质量的关键环节。

目前的钢网开孔方式有：化学腐蚀、激光切割和电铸。

1、化学腐蚀：是由于0.65mm以上间距大的器件，制作费用低。

2、激光切割：目前主要的制作方式，孔壁比较粗糙，锡膏转移率70%—75%，要求开孔面积/侧壁面积≥0.663、电铸：孔壁光滑，耐磨性好，锡膏转移率85%以上，开孔面积/侧壁面积可以小于0.6且大于0.5。

钢网的开孔主要的技术参数有开孔图案、尺寸及钢网的厚度。

但是为使锡膏的转移率为70%以上，钢网的开孔要满足0.66的原则。

0.4mm间距的QFP、0402片式器件，钢网的基准厚度0.1mm，0.4mm的CSP器件的基准厚度为0.08，当采用Step-Up阶梯钢网时，最大厚度为基准厚度上增加0.08mm。

0201器件按1：1开孔，尺寸不变（前提是焊盘按照引脚宽度设计，若不是，则按引脚的宽度开孔）无引线器件底部焊接面，钢网开孔要内缩，片式器件要削角，以防止锡珠或连焊的产生。

对于大面积焊盘，如接地焊盘，要做网状或线状，这是为了防止锡膏融化过程中的聚合作用将器件顶起，造成浮起。

对于异形件，特别是通孔回流器件，一方面共面向差同时元器件的引脚不对称，同时要器件的重心，为增加锡量一般采用局部加厚设计。

局部加厚加厚层位于非印刷面，可以防止刮刀的磨损，增加钢网和刮刀的使用寿命。

考虑到钢网变形的问题，焊盘长度大于2mm时，要增加连接筋，增强钢网的强度。

针对BGA类，0.5pich的开0.28方孔，0.4pich的主芯片和存储器开0.27圆孔，其余开0.25圆孔。

针对不同元器件对锡量的个性化要求，多使用局部加厚/减薄钢网，虽然这种设计减短钢网的使用寿命。

通孔回流焊钢网开孔设计.1 一般原则.1 钢网锡膏量计算（1）焊点锡量体积上图为一个润湿良好的饱满焊点的典型形态，其体积计算如下：ŸV焊点是元件焊点的体积，对于润湿良好的饱满焊点的体积计算如下：V焊点＝Vhole－Vlead＋2 ×Vfillet；ŸVhole是通孔（不包括元件管脚）的体积Vhole＝×D/2×D/2×T；— D是通孔插装器件的插装通孔直径— T为PCB的板厚ŸVlead 是器件引脚所占通孔的体积对圆形引脚元器件：Vlead＝×d/2×d/2×T；— d是截面形状为圆形的通孔插装器件引脚直径— T为PCB的板厚对方形或矩形引脚元器件：Vlead＝L×W×T；— L是截面为方形或矩形的通孔插装器件引脚长边尺寸— W是截面为方形或矩形的通孔插装器件引脚短边尺寸— T为PCB的板厚ŸVfillet为上或下焊料焊接后脚焊缝的体积Vfillet＝0.215×（R1×R1）×2 ×（0.2234×R1＋d/2）；— R1为脚焊缝的半径— d是截面形状为圆形的通孔插装器件引脚直径，当截面为其他形状时，须将其换算为等效圆形面积的直径值。

（2）锡膏量体积根据我司应用的锡膏的金属含量90％及助焊剂密度计算，形成最终焊点的总锡膏量的体积必须为焊点体积的2倍。

焈形成焊点所需的总锡膏量V锡膏计算如下：V锡膏＝V焊点×2；— ×2是因为焊接后锡膏的体积收缩比近似为50％锡膏印刷之后的锡膏涂覆形态如下图所示：由上图可知：焈V锡膏由钢网的开口体积V钢网和过孔内的填孔量V填孔量两部分组成，即：V锡膏＝V钢网＋V填孔量焈V填孔量是与PCB厚度，通孔的尺寸，刮刀的角度，类型，速度，压力有关的函数在我司印刷方向为0度，锡膏中金属含量为90%时，锡膏填孔比率R填孔比的方程为：R填孔比=72.45+11.86（刮刀类型系数）-12.44（刮刀角度系数）+1.89（印刷速度系数）+8.76（填孔尺寸系数）；V填孔量＝R填孔比××D/2×D/2×62mil。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011311574.2(22)申请日 2020.11.20(71)申请人 上海望友信息科技有限公司地址 201315 上海市浦东新区秀浦路2388号2幢1204－1206室(72)发明人 李争刚　刘继硕　钱胜杰　刘丰收　(74)专利代理机构 西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙) 61230代理人 王海栋(51)Int.Cl.H05K 3/34(2006.01)H05K 3/12(2006.01)(54)发明名称一种通孔回流焊器件钢网开口方法及计算机可读存储介质(57)摘要本发明公开了一种通孔回流焊器件钢网开口方法，包括：根据预先建立的通孔回流焊器件焊接模型计算焊接时理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量；根据理论所需锡膏量结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度计算钢网理论开口面积；根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案。

本发明能够在焊接前精确地计算出通孔回流焊所需锡膏量，结合器件模型或器件图纸设计钢网开口方案。

此外，在钢网局部加厚不可行时，预警开口失败并告知需要补充的焊锡量。

本发明还通过插件孔印锡填充率计算公式及焊接模型，精准地指导通孔回流焊器件选型及印刷电路板厚度、插件孔及焊盘设计，从而获得最大的生产良率。

权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 112752422 A 2021.05.04C N 112752422A1.一种通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，包括：根据预先建立的通孔回流焊器件焊接模型计算焊接时理论所需焊锡量，将理论所需焊锡量转换为理论所需锡膏量；根据所述理论所需锡膏量结合器件模型或器件图纸、基础钢网厚度计算钢网理论开口面积；根据所述钢网理论开口面积设计钢网开口方案。

2.根据权利要求1所述的通孔回流焊器件钢网开口方法，其特征在于，焊接时理论所需锡膏量为：V＝(S 0‑S 1)×T ×α+2×α×π×(R w 2+R p 2+R w ×R p )×(R w ‑R p )/3‑2×α×π×R p 2×(R w ‑R p )；其中，S 0为插件孔横截面积，S 1为器件引脚横截面积，T为实际印制板厚度，R w 为焊盘最外端半径，R p 为器件引脚半径或引脚横截面边长的一半，α为焊锡转换为锡膏的转换系数。

通孔回流焊接工艺实践应用研究分析摘要：本文主要介绍了PCB板上耐高温插装元件的通孔回流焊接工艺实践应用研究技术。

优化锡膏印刷钢网开窗尺寸、钢网厚度，优化锡膏印刷机、回流焊接工艺等多项参数，使PCB板上通孔处锡膏量饱满、充实，以保证焊接锡膏填充率达100%，焊接质量良好。

关键词：通孔回流焊接；钢网；设计优化；锡膏填充在传统的电子组装行业，对于通孔插装元件技术（THT,Through Hole Technology）一般采用波峰焊接或手工焊接；但受产品设计、通孔元件数量、插装方式效率等多方面影响，波峰焊及手工焊都会受限。

例如：遥控器PCB板因涉及金手指，过波峰焊需搭配过锡载具，且过锡载具需频繁清洗；同时PCB板设计仅有一个插装元件，使用波峰焊焊接，设备有效利用率不高，若采用手工焊接，出现锡珠、锡渣等问题。

所以通孔回流焊接工艺可对应解决以上焊接弊端，得到快速发展和应用。

图3 理想的焊点图1、通孔印刷锡膏量理论计算对于插装元件，焊接后，为保证焊接强度、可靠性、电气安全等，插装通孔处需透锡达100%；所以锡膏印刷量起关键因素，印刷锡膏钢网开窗大小、阶梯钢网厚度至关重要。

理论上，插装元件每个引脚所需锡膏体积VSP如下：图5 插装元件焊盘涉及及实物3、通孔印刷工艺优化我司印刷机为全自动印刷机，印刷工艺主要的工艺参数包括：刮刀压力、脱模速度、脱模距离、刮刀速度等。

通孔元件钢网开孔厚度及开窗大小相对贴装元件差异明显，为保证印刷时，通孔元件处锡膏边缘成型较佳，对应我司工艺要求及使用锡膏品牌（同方锡膏），脱模速度及脱模距离均以偏下限设置，脱模速度设置为1.0mm/s，脱模距离为1.0mm，验证期间，其他参数未做具体明确要求，最终印刷效果图如下：PCB板经锡膏印刷、贴片机贴装后由人工对通孔元件印刷处全检，进行手工插装通孔元件，经回流焊实现焊接可靠性；图7 八温区回流焊炉温曲线对通孔回流焊元件焊点成型状况进行检测，焊点形态良好，表面光滑、无锡孔、锡尖、锡珠、锡渣等质量异常；图9 插装元件通孔焊接质量通孔回流焊接工艺，在我司其他产品中得到广泛应用，焊接质量更佳，焊接效率也得到进一步提升。

模板设计指南顾霭云•模板(stencil)又称smt漏板、SMT钢网，它是用来定量分配焊膏或贴片胶的，是保证印刷焊膏/贴片胶质量的关键工装。

•模板厚度与开口尺寸、开口形状、开口内壁的状态等就决定了焊膏的印刷量，因此模板的质量又直接影响焊膏的印刷量。

•随着SMT向高密度和超高密度组装发展，模板设计更加显得重要了。

•模板设计属于SMT可制造性设计的重要内容之一•1998年IPC为模板设计制订了IPC 7525（模板设计指南），2004年修订为A版。

IPC 7525A 标准主要包含名词与定义、参考资料、模板设计、模板制造、模板安装、文件处理/编辑和模板订购、模板检查/确认、模板清洗、和模板寿命等内容。

模板设计内容•模板厚度•模板开口设计•模板加工方法的选择•台阶/释放(step/release)模板设计•混合技术：通孔/表面贴装模板设计•免洗开孔设计•塑料球栅阵列(PBGA)的模板设计•陶瓷球栅阵列(CBGA)的模板设计•微型BGA/芯片级包装(CSP)的模板设计•混合技术：表面贴装/倒装芯片(flip chip)的模板设计•胶的模板开孔设计•SMT不锈钢激光模板制作外协程序及工艺要求1. 模板厚度设计•模板印刷是接触印刷，模板厚度是决定焊膏量的关键参数。

•模板厚度应根据印制板组装密度、元器件大小、引脚（或焊球）之间的间距进行确定。

•通常使用0.1mm～0.3mm厚度的钢片。

高密度组装时，可选择0.1mm以下厚度。

•通常在同一块PCB上既有1.27mm以上一般间距的元器件，也有窄间距元器件，1.27mm以上间距的元器件需要0.2mm厚，窄间距的元器件需要0.15～0.1mm厚，这种情况下可根据PCB上多数元器件的的情况决定不锈钢板厚度，然后通过对个别元器件焊盘开口尺寸的扩大或缩小进行调整焊膏的漏印量。

•要求焊膏量悬殊比较大时，可以对窄间距元器件处的模板进行局部减薄处理，2. 模板开口设计•模板开口设计包含两个内容：开口尺寸和开口形状•开口尺寸和开口形状都会影响焊膏的填充、释放（脱膜），最终影响焊膏的漏印量。

通孔回流焊技术在SMT制程中的应用作者：邓志芳来源：《中国科技纵横》2012年第17期摘要：通孔回流焊技术(THR Technology),也被称为"侵入式回流焊"PIHR(Pin-In-Hole Reflow)技术,是将插装元件结合到表面贴装制程中的一种有别于波峰焊接工艺的特殊电子装联方法。

它的出现不仅促进了表面贴装技术的发展，也为PCB设计者提供新的工艺选择，该技术越来越多的应用于电子组装上，成为一种极具竞争力的焊接技术。

关键词：通孔回流焊波峰焊 SMT PCB 钢网1、概述在当前PCB组装中，插装元件一般会采用波峰焊接或手工焊接这两种方式，但这两种方式都有许多不足之处，不适合高密度、细间距元件的焊接，桥连、漏焊的比较多，透锡不好，对于浮高等客户的特殊要求很难控制，需要喷涂阻焊剂，板面容易被阻焊剂污染等等，因此，这两种方式在某些方面已不能满足PCB组装技术的发展。

为了适应电子组装技术的发展，解决以上焊接难点，通孔回流焊接技术应运而生。

该技术的原理就是使用刮刀将钢网上的锡膏印刷到通孔焊盘上，再安装插装元件，最后插装元件与贴片元件一起进行回流焊，来实现插装元件的焊接。

用回流焊接技术代替波峰焊接技术来实现插装元件的焊接，其经济性和先进性方面优势突出，不仅能解决波峰焊接所产生的问题，提高产品的一次通过率，而且省掉波峰焊接这道工序，减少了所需的操作员、载具以及相关的能源消耗，降低了生产成本，提高了生产效率。

通孔回流焊的出现，对于丰富焊接手段、提高PCB板组装密度、提升焊接质量都有很大帮助。

目前，已经广泛运用于PCB板的组装。

2、与波峰焊工艺相比通孔回流焊的优势波峰焊历史悠久技术成熟，其工艺是将熔化的锡条经电动泵喷流成要求的焊料波峰，将预先插装好元件的PCB板经焊料波峰进行焊接，从而实现元件与PCB板之间的装联。

目前，对插装元件的焊接，波峰焊技术仍居主流地位，但是对于高密度、细间距的插装元件组装，不良率明显偏高，除了手工烙铁修补焊外，没有很好的解决方法，而且对于既有贴片引脚又有插装脚的混装元件，波峰焊根本无能为力。

光宏电子（深圳）有限公司KONWIN EELCTRONICS (SHENZHEN) CO., LTD光宏电子（昆山）有限公司KONWIN EELCTRONICS (KUNSHAN ) CO., LTDIPC-7525通用标准SMT模板设计/制造内部文件,严禁非法拷贝1Page of 21目录项目/内容页数1、名词术语 32、模板设计 32.1模板数据 3-52.2复合模板 52.3拼板模板 52.4印锡模板开孔设计 5-92.5印胶水模板开口设计 9-102.6混合技术贴装与回流的模板设计 10-122.7表面贴装/倒贴装复合模板技术 132.8 STEP-DOWN/STEP-UP模板设计 132.9空位模板 13-143、模板设计和印刷工艺 144、SMT模板制作 144.1前述 144.2模板材料 154.3蚀刻模板 15-164.4激光切割模板 16-184.5电铸成型模板 18-195、模板的清洗 195.1清洗剂要求 19-205.2模板常见清洗方式 205.3化学清洗剂的选择 20参考文件 21内部文件,严禁非法拷贝1.名词术语1.1.1 Aperture即模板上的开孔1.1.2 Aspect Radio/Area RadioAspect Radio(宽深比)；开孔宽度（W）/模板厚度（T）Area Radio（面积比）：焊盘开孔面积/孔壁面积1.1.3 边界即钢片四周的丝网，它可以是尼龙或是不锈钢丝网1.1.4 蚀刻比例蚀刻比例=蚀刻深度/侧蚀高度此参数在蚀刻模板中用来补偿蚀刻时的侧蚀量1.1.5 孔壁锥度模板开口孔壁线与垂直线的夹角1.1.6 Fiducials即模板与PCB板重叠对位的参考点根据印刷机的对位系统不同，Mark点可做在印刷面或印刷面，并用黑胶填空以增强其对比度1.1.7 Foil即制作模板的薄片，可以是钢片、镍合金、铜片，也可以是高分子聚合物1. 1.8Frame即固定/张紧薄片之铝框1.1.9 通孔焊接即插件元器件的焊接工艺1.1.10 小BGA/CSP即中心间隙小于1mm的球形矩阵，当元件封装心尺寸不大于1.2倍的本体面积尺寸时又可称作CSP1.1.11普通BGA中心间距大于等于1mm的球形矩阵1.1.12 Step stncil同薄片上带有不同厚度的台阶式模板1.1.13表面贴装电子元器件与PCB焊盘表面的连接方式，而不是通过插孔的方式联接1.1.14超细间距即表面贴装元器件中元件引脚中心间距≤0.4mm2.模板设计2.1 模板数据2.1.1 尽管模板制作方法多样，但都需设计PCB板时的Gerber文件，客户需制作模板时，或通过Modem, FTP, E-mail或磁盘方式将文件传送到光宏电子，如文件太大，将文件压缩后传送，客户最好将传给PCB制造商的Gerber文件一并传送到光宏公司，以便我司根据实际SMT 盘大小设计修改开孔。

通孔回流焊钢网开孔设计.1 一般原则.1 钢网锡膏量计算（1）焊点锡量体积上图为一个润湿良好的饱满焊点的典型形态，其体积计算如下：ŸV焊点是元件焊点的体积，对于润湿良好的饱满焊点的体积计算如下：V焊点＝Vhole－Vlead＋2 ×Vfillet；ŸVhole是通孔（不包括元件管脚）的体积Vhole＝×D/2×D/2×T；— D是通孔插装器件的插装通孔直径— T为PCB的板厚ŸVlead 是器件引脚所占通孔的体积对圆形引脚元器件：Vlead＝×d/2×d/2×T；— d是截面形状为圆形的通孔插装器件引脚直径— T为PCB的板厚对方形或矩形引脚元器件：Vlead＝L×W×T；— L是截面为方形或矩形的通孔插装器件引脚长边尺寸— W是截面为方形或矩形的通孔插装器件引脚短边尺寸— T为PCB的板厚ŸVfillet为上或下焊料焊接后脚焊缝的体积Vfillet＝0.215×（R1×R1）×2 ×（0.2234×R1＋d/2）；— R1为脚焊缝的半径— d是截面形状为圆形的通孔插装器件引脚直径，当截面为其他形状时，须将其换算为等效圆形面积的直径值。

（2）锡膏量体积根据我司应用的锡膏的金属含量90％及助焊剂密度计算，形成最终焊点的总锡膏量的体积必须为焊点体积的2倍。

焈形成焊点所需的总锡膏量V锡膏计算如下：V锡膏＝V焊点×2；— ×2是因为焊接后锡膏的体积收缩比近似为50％锡膏印刷之后的锡膏涂覆形态如下图所示：由上图可知：焈V锡膏由钢网的开口体积V钢网和过孔内的填孔量V填孔量两部分组成，即：V锡膏＝V钢网＋V填孔量焈V填孔量是与PCB厚度，通孔的尺寸，刮刀的角度，类型，速度，压力有关的函数在我司印刷方向为0度，锡膏中金属含量为90%时，锡膏填孔比率R填孔比的方程为：R填孔比=72.45+11.86（刮刀类型系数）-12.44（刮刀角度系数）+1.89（印刷速度系数）+8.76（填孔尺寸系数）；V填孔量＝R填孔比××D/2×D/2×62mil。

1.目的规SMT车间的钢网厚度及开孔标准，保证锡膏、红胶有效的沉积在指定位置，为焊接提供有效的保证，从而提升整体的焊接质量水平。

.2.适用围适用于本公司所有钢网的设计、制作及验收。

3.特殊定义：钢网：亦称模板，是SMT印刷工序中，用来做印刷锡膏或贴片胶的平板模具。

供板：我司自己设计的印制电路板。

我司提供的印制电路板，包括Gerber文件，印制电路板等。

制作钢网时要向钢网生产厂家说明。

4.职责：钢网开制人员编制《钢网制作要求》，上传PDM，再由采购部将钢网制作要求和PCB文件发给供应商加工，《钢网加工要求》详见附件一。

5.钢网材料、制作材料：5.1、网框材料：钢网边框材料可选用空心铝框，一般常用网框有以下几种：29X29inch 23X23inch650X550mm 550X500mm 。

5.2、钢片材料：钢片材料选用不锈钢板，其厚度为0.1-0.3mm.。

5.3、网用钢丝网钢丝网用材料为不锈钢钢丝，其数目应不低于100目，其最小屈服力应不低于45N。

5.4、胶水在钢网的正面，在钢片与丝网结合部位及丝网与网框结合部位，必须用强度足够的胶水填充。

所用的胶水不与清洗钢网溶剂起化学反应。

6.钢网标识及外形容：6.1、外形图：6.2、PCB位置要求：一般情况下，PCB中心，钢网中心，钢网外框中心需重合，三者中心距最大值不超过3.0mm。

PCB，钢片，钢网外框的轴线在方向上应一致，任两条轴线角度偏差不超过20。

6.3、MARK点的制作要求6.3.1 制作方式为正反面半刻，MARK点最少制作数量为对角2个，根据PCB资料提供的大小及形状按1：1方式开口。

6.3.2 MARK点的选择原则：PCB上的两条对角线上的四个MARK点可以不全部制作出来，但至少需要对角的二个MARK点。

如果只有一条对角线上两个MARK点，则另外一个MARK点需满足到此对角线的垂直距离最远的原则选点。

6.3.3 涉及其他特殊情况，制作前通知钢网制作商。