通孔回流焊盘结构和通孔回流焊接方法与流程

1.本发明涉及电子器件封装领域，特别涉及一种通孔回流焊盘结构和通孔回流焊接方法。


背景技术：

2.目前，带引脚的插接器件有两种焊接工艺，一种是波峰焊接工艺，另一种是通孔回流焊接工艺。波峰焊接工艺需要在pcb板上将其他表贴元器件贴片之后，再经过喷锡的波峰焊设备焊接有引脚的插接器件。而通孔回流焊接工艺可以一遍完成pcb板的贴片工作，不需要表贴之后再过波峰焊接，可节省贴片工序。
3.传统的通孔回流焊接工艺中，为了实现引脚固定，常见的处理方法有两种，一种是将网板的回流器件封装部分局部加厚以增加上锡量，另一种是缩小固定器件的过孔直径，采用较少的焊锡填满通孔以达到固定引脚的目的。但是在应用过程中仍能发现通孔回流焊接极易发生虚焊、爬锡不足等焊接不良问题。简单地加大钢网开口增加上锡量，在焊接过程中容易产生锡珠，导致高密度pcb板内部短路的风险。简单地缩小pcb板的过孔直径，一方面焊锡过少会降低焊接可靠性，另一方面由于孔径较小，器件引脚不容易插入孔内导致上料困难。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种通孔回流焊盘结构，旨在提升通孔回流焊接的可靠性，提升生产效率。
5.为实现上述目的，本发明提出的通孔回流焊盘结构，包括：
6.pcb板，设有通孔；以及
7.通孔焊盘，包括分别设于所述pcb板相对两侧的第一盘体和第二盘体，以及设于所述通孔内的柱体，所述柱体将所述第一盘体和所述第二盘体连接，所述柱体设有供插接器件的引脚插置的过孔，所述过孔的两端分别贯穿所述第一盘体和所述第二盘体；
8.焊料层，设于所述第一盘体远离所述pcb板的一侧；以及
9.焊料环，设于所述焊料层远离所述第一盘体的一侧，所述焊料环的内孔可供所述引脚穿过；所述焊料层和所述焊料环用于在受热熔化后回流至所述过孔内以对所述引脚进行焊接固定。
10.在其中一个实施例中，所述焊料环的内孔直径大于所述第一盘体的内孔直径，且所述焊料环的外径小于所述第一盘体的外径。
11.在其中一个实施例中，所述焊料环的内孔直径为所述第一盘体的内孔直径的1.2倍～1.3倍，所述焊料环的外径为所述第一盘体的外径的0.7倍～0.8倍。
12.在其中一个实施例中，所述焊料层的厚度范围为0.08mm～0.12mm。
13.在其中一个实施例中，所述引脚的直径为l，所述第一盘体的内孔直径为d1，所述第二盘体的内孔直径为d2，其中，d1＞d2＞l。
14.在其中一个实施例中，d1≥l 2a，d2＝l a，其中，a为大于零的常数。
15.在其中一个实施例中，所述过孔的内壁面呈自所述第一盘体的内孔周缘朝向所述第二盘体的内孔周缘倾斜延伸的斜面设置。
16.在其中一个实施例中，所述过孔的横截面尺寸自所述第一盘体朝向所述第二盘体逐渐减小。
17.在其中一个实施例中，所述过孔呈自所述第一盘体朝向所述第二盘体渐缩的圆台状孔。
18.本发明还提出一种通孔回流焊接方法，包括以下步骤：
19.提供设有通孔焊盘的pcb板；所述pcb板设有通孔，所述通孔焊盘包括分别设于所述pcb板相对两侧的第一盘体和第二盘体，以及设于所述通孔内的柱体，所述柱体将所述第一盘体和所述第二盘体连接，所述柱体设有供插接器件的引脚插置的过孔，所述过孔的两端分别贯穿所述第一盘体和所述第二盘体；
20.在所述第一盘体背离所述pcb板的一侧印刷焊料层；
21.在所述焊料层背离所述第一盘体的一侧表贴焊料环；
22.将插接器件的引脚穿过所述焊料环后插置于所述过孔内；
23.将完成上述步骤的所述pcb板置于回流炉内加热，直至所述焊料层和所述焊料环均熔化并混合在一起回流至所述过孔内以对所述引脚进行焊接。
24.本发明的技术方案通过在通孔焊盘的第一盘体顶面依次堆叠有焊料层(如锡膏层)和焊料环(如锡环)，在焊接时，焊料环和焊料层均受热熔化混合到一起沿着过孔回流以对插接器件的引脚进行焊接。本技术方案只需要在焊料层的表面贴附焊料环，在焊接过程中，焊料环会熔化增加焊料量，进而使得回流至过孔内的焊料量增加，以确保焊接时过孔内有足够的焊料，有利于更可靠的固定插接器件的引脚，保证焊接质量。如此，能够提升通孔回流焊接的可靠性，提升生产效率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本发明通孔回流焊盘结构一实施例的剖面结构示意图；
27.图2为图1中通孔回流焊盘结构的堆叠结构示意图；
28.图3为焊料环与通孔焊盘堆叠时的俯视图；
29.图4为本发明通孔回流焊接方法一实施例的流程图。
30.附图标号说明：
31.标号名称标号名称10pcb板201过孔20通孔焊盘30焊料层21第一盘体40焊料环22第二盘体50插接器件
23柱体51引脚
32.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
36.本发明提出一种通孔回流焊盘结构。
37.请参照图1和图2，在本发明一实施例中，该通孔回流焊盘结构包括pcb板10、通孔焊盘20、焊料层30和焊料环40。所述pcb板10设有通孔；所述通孔焊盘20包括分别设于所述pcb板10相对两侧的第一盘体21和第二盘体22，以及设于所述通孔内的柱体23，所述柱体23将所述第一盘体21和所述第二盘体22连接，所述柱体23设有供插接器件50的引脚51插置的过孔201，所述过孔201的两端分别贯穿所述第一盘体21和所述第二盘体22；所述焊料层30设于所述第一盘体21远离所述pcb板10的一侧；所述焊料环40设于所述焊料层30远离所述第一盘体21的一侧，所述焊料环40的内孔可供所述引脚51穿过；所述焊料层30和所述焊料环40用于在受热熔化后回流至所述过孔201内以对所述引脚51进行焊接固定。
38.具体地，pcb板10(也即印制电路板)设有沿厚度方向延伸并贯穿其两侧的通孔，通孔内设有通孔焊盘20，通孔焊盘20用于供插接器件50的引脚51插接，通孔焊盘20的数量与插接器件50的引脚51数量相适配。例如，如图1所示，插接器件50具有两个引脚51，相应地，pcb板10上设有两个通孔焊盘20，插接器件50的各个引脚51可分别插置于对应的通孔焊盘20内，然后再进行焊接固定。为了便于描述，以下主要以其中一个引脚51与对应的通孔焊盘20的焊接结构为例进行说明。通孔焊盘20包括相对的第一盘体21和第二盘体22，以及连接于第一盘体21和第二盘体22之间的柱体23。其中，第一盘体21可设于pcb板10的顶侧，第二盘体22可设于pcb板10的底侧，柱体23设于pcb板10的通孔内，柱体23呈中空设置而具有过孔201，该过孔201的两端分别贯穿第一盘体21和第二盘体22，也即第一盘体21和第二盘体22均呈环状设置，第一盘体21的内孔周缘与过孔201的一端口周缘相接，第二盘体22的内孔周缘与过孔201的另一端口周缘相接。可以理解的是，为了能够使插接器件50的引脚51能够
顺利插置于过孔201内，过孔201的内周面与引脚51的外周面之间一般会预留一定的组装间隙，该组装间隙是指引脚51插置于过孔201后单边预留的距离，使得引脚51插入后在过孔201内部具有较大的活动余量。第一盘体21的顶面(也即远离pcb板10的一侧)可通过网板印刷的方式设置一层焊料层30，焊料环40可作为一个表贴物料直接贴附于焊料层30的顶面，为了方便焊料环40贴附，焊料环40做成内空的圆柱形，上下表面水平光滑。焊料环40和焊料层30均采用焊料制成，在加热熔化后能够回流至过孔201内进行焊接。
39.在焊接电子元器件时通常采用锡焊，故焊料层30具体可以是锡膏层，焊料环40具体可以是锡环。以下主要以焊料层30为锡膏层，焊料环40为锡环为例进行说明。在焊接插接器件50时，先通过网板印刷的方式在第一盘体21的顶面印刷一层锡膏层(也即焊料层30)，锡膏层的厚度一般为0.1mm左右；然后将锡环(也即焊料环40)贴附于锡膏层的顶面；将插接器件50的引脚51穿过锡环的内孔后插置于过孔201内；再将组装有插接器件50的pcb板10放入回流炉中加热，随着温度的升高，锡环和锡膏层均熔化并混合到一起回流至过孔201内以对引脚51进行焊接固定。
40.本发明的技术方案通过在通孔焊盘20的第一盘体21顶面依次堆叠有焊料层30(如锡膏层)和焊料环40(如锡环)，在焊接时，焊料环40和焊料层30均受热熔化混合到一起沿着过孔201回流以对插接器件50的引脚51进行焊接。本技术方案只需要在焊料层30的表面贴附焊料环40，在焊接过程中，焊料环40会熔化增加焊料量，进而使得回流至过孔201内的焊料量增加，以确保焊接时过孔201内有足够的焊料，有利于更可靠的固定插接器件50的引脚51，保证焊接质量。如此，能够提升通孔回流焊接的可靠性，提升生产效率。
41.为了让焊料环40(如锡环)的尺寸尽可能的大，同时也要避免焊料环40熔化时溢出第一盘体导致焊料流到附近位置而使附近位置的器件连焊产生焊接不良。如图3所示，在其中一个实施例中，所述焊料环40的内孔直径大于所述第一盘体21的内孔直径，且所述焊料环40的外径小于所述第一盘体21的外径。具体而言，焊料环40的内孔和第一盘体21的内孔均需要设计为能够供插接器件50的引脚51穿过，若将焊料环40的内孔直径设计为与第一盘体21的内孔直径相等，由于生产制造时，不可避免的存在公差，可能会导致实际生产出来的焊料环40的内孔直径过小，而阻碍插接器件50的引脚51穿过。故在设计时，使焊料环40的内孔直径略大于第一盘体21的内孔直径，以保证即使存在公差的情况下，焊料环40的内孔径也能够供引脚51顺利穿过。焊料环40的外径小于第一盘体21的外径，以保证焊料环40熔化时不会溢出第一盘体21而导致附近位置的器件连焊。
42.进一步地，所述焊料环40的内孔直径为所述第一盘体21的内孔直径的1.2倍～1.3倍，所述焊料环40的外径为所述第一盘体21的外径的0.7倍～0.8倍。也即焊料环40的内孔直径要比第一盘体21的内孔直径大20％～30％，焊料环40的外径要比第一盘体21的外径小20％～30％，如此，能够保证焊料环40的尺寸能够尽可能的大，以增加焊料量，同时也能够保证焊料环40熔化时不会溢出第一盘体21而导致附近位置的器件连焊。
43.焊料层30一般都是通过网板印刷到第一盘体21的表面，焊料层30的厚度一般不会太厚，在其中一个实施例中，所述焊料层30的厚度范围为0.08mm～0.12mm。例如，焊料层30(如锡膏层)的厚度可为0.1mm左右。
44.在上述实施例中，通过增设焊料环40能够增加焊料量，以满足一部分pcb的通孔回流焊接的要求。但由于通孔焊盘20的尺寸较小，焊料环40(如锡环)也不能做得很大，对于一
些较厚的pcb板10而言，通孔会更深，通孔焊盘20的过孔201所需焊料量(例如吃锡量)也会更大。为了能够进一步保证焊接可靠性，避免因为焊料量不够导致焊接不良的风险，需要对通孔焊盘20的过孔201进一步进行设计。
45.请参照图1，在上述实施例的基础上，在一实施例中，所述引脚51的直径为l，所述第一盘体21的内孔直径为d1，所述第二盘体22的内孔直径为d2，其中，d1＞d2＞l。在本实施例中，第一盘体21的内孔直径和第二盘体22的内孔直径均大于插接器件50的引脚51直径，以保证插接器件50的引脚51能够顺利插置。在插置过程中，插接器件50的引脚51自上而下先穿过第一盘体21的内孔，然后再插置于过孔201内，由于第一盘体21的内孔直径较大，可方便引脚51插入。第二盘体22的内孔直径可设计得比第一盘体21的内孔直径小一些，能够供引脚51插置即可。
46.进一步地，所述引脚51的直径为l，所述第一盘体21的内孔直径为d1，所述第二盘体22的内孔直径为d2，d1≥l 2a，d2＝l a，其中，a为大于零的常数。具体地，通孔焊盘20的过孔201尺寸需要按照插接器件50引脚51的直径进行设计并预留一定组装间隙(引脚51放入过孔201后单边预留的距离)。第一盘体21的内孔直径至少为l 2a，以确保第一盘体21的内孔直径预留较大，方便引脚51插入。第二盘体22的内孔直径为l a，孔径较小，但可供插接器件50的引脚51容置。
47.如图1所示，在其中一个实施例中，所述过孔201的内壁面呈自所述第一盘体21的内孔周缘朝向所述第二盘体22的内孔周缘倾斜延伸的斜面设置。在本实施例中，通过将过孔201的内壁面设置为斜面，当焊料层30和焊料环40熔化后焊料流入过孔201内，并顺着过孔201的内壁面向下流动，通过倾斜的内壁面能够减缓焊料的流动速度，以保证焊料能够填满整个过孔201，减少由于流速过快导致内部气泡引起的空焊问题。
48.为了进一步减小过孔201所需的焊料量，在其中一个实施例中，所述过孔201的横截面尺寸自所述第一盘体21朝向所述第二盘体22逐渐减小。如此，相较于传统的通孔焊盘采用等截面尺寸的圆柱形过孔而言，能够减小过孔201的体积，进而能够减小所需的焊料量。
49.可选地，所述过孔201呈自所述第一盘体21朝向所述第二盘体22渐缩的圆台状孔。将过孔201设置为圆台状，相较于圆柱状的过孔而言，体积更小，所需的焊料量也更少，可以保证焊料能够填满过孔201。并且圆台状的过孔201的内壁面呈斜面设置，能够减缓焊料的流动速度，以保证焊料能够填满整个过孔201，减少由于流速过快导致内部气泡引起的空焊问题。
50.以下结合一具体实施例计算常规的通孔封装与本技术中的通孔封装所需要的焊锡量。如图1所示，假设pcb板10的厚度为h，插接器件50的引脚51为直径为l的圆柱形，插接器件50的引脚51与过孔201的组装间隙为a，组装间隙是指引脚51放入过孔201后与过孔201单边的距离。
51.对于常规的通孔封装而言，其通孔焊盘的过孔为等截面尺寸的圆柱形孔，若需要将过孔填满，在整个圆柱形过孔的基础上除去器件引脚51部分占的体积，则需要的焊锡量v1约为：
[0052][0053]
本技术中的通孔封装，其通孔焊盘20的过孔201为圆台状孔，第一盘体21的内孔直
径d1为(l 2a)，第二盘体22的内孔直径d2为(l a)，则需要的焊锡量v2约为：
[0054][0055]
由上述公式(1)和(2)可知：v2＜v1[0056]
另外，本技术中还设计有焊料环40(如锡环)，锡环高度为h，环宽为r，为了方便计算，锡环靠近通孔焊盘20的过孔201处放置，则锡环提供的焊锡量v3约为：
[0057][0058]
在本技术的技术方案中，通孔焊盘20的过孔201呈圆台状，通孔焊盘20的第二盘体22(也即底面焊盘)的内孔直径小于第一盘体21(也即顶面焊盘)的内孔直径，通过上述理论计算可知，所需要的焊锡量要小于常规的通孔封装。另外由于设计有焊料环40(锡环)，可以为焊接提供一定的锡量，保证焊接时过孔201内有足够的锡量，有利于更可靠的固定插接器件50的引脚51，保证焊接质量。虽然第二盘体22的内孔直径小，但是第一盘体21的内孔直径不变，因此不会影响插接器件50的引脚51正常插入过孔201中，可保证组装效率；并且过孔201的内壁面呈斜面的阶梯设计，焊锡熔化后流入过孔201的时候，斜面设计减缓了焊锡的流动速度，可以保证焊锡填满整个过孔201，减少由于流速过快导致内部气泡引起的空焊问题。如此，能够解决通孔回流焊接的虚焊及产生锡珠的不良导致pcb焊接短路的风险，提高了通孔回流焊接的可靠性。通过解决以上的问题，简化了工艺流程，提高了生产效率，提高线路板尤其是高密度电路板的组装密度。
[0059]
本发明还提出一种通孔回流焊接方法。
[0060]
请参照图4，在本发明一实施例中，通孔回流焊接方法包括以下步骤：
[0061]
s1、提供设有通孔焊盘20的pcb板10；所述pcb板10设有通孔，所述通孔焊盘20包括分别设于所述pcb板10相对两侧的第一盘体21和第二盘体22，以及设于所述通孔内的柱体23，所述柱体23将所述第一盘体21和所述第二盘体22连接，所述柱体23设有供插接器件50的引脚51插置的过孔201，所述过孔201的两端分别贯穿所述第一盘体21和所述第二盘体22；
[0062]
s2、在所述第一盘体21背离所述pcb板10的一侧印刷焊料层30；
[0063]
s3、在所述焊料层30背离所述第一盘体21的一侧表贴焊料环40；
[0064]
s4、将插接器件50的引脚51穿过所述焊料环40后插置于所述过孔201内；
[0065]
s5、将完成上述步骤的所述pcb板10置于回流炉内加热，直至所述焊料层30和所述焊料环40均熔化并混合在一起回流至所述过孔201内以对所述引脚(51)进行焊接。
[0066]
具体地，以下主要以焊料层30为锡膏层，焊料环40为锡环为例进行说明。在焊接插接器件50时，先通过网板印刷的方式在第一盘体21的顶面印刷一层锡膏层(也即焊料层30)，锡膏层的厚度一般为0.1mm左右；然后将锡环(也即焊料环40)贴附于锡膏层的顶面；将插接器件50的引脚51穿过锡环的内孔后插置于过孔201内；再将组装有插接器件50的pcb板10放入回流炉中加热，随着温度的升高，锡环和锡膏层均熔化并混合到一起回流至过孔201内以对引脚51进行焊接固定。如此可以确保焊接时过孔201内有足够的焊料，有利于更可靠的固定插接器件50的引脚51，保证焊接质量。如此，能够提升通孔回流焊接的可靠性，提升
生产效率。
[0067]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。