PCBA新玩法：让通孔元件/传统插件也走回焊炉制程(paste-in-hole)

Past-In-Hole (通孔印锡膏PIH)就是把锡膏 (Solder paste) 直接印刷于 PCB (Print Circuit Board,电路板) 的电镀通孔(PTH, Plating Through Hole)上面，然后再把传统插件/通孔元件(DIP insert parts)直接插入已经印有锡膏的电镀通孔里，这时电镀通孔上的锡膏大部分会沾粘在插件零件的焊脚上，这些锡膏经过回流焊炉的高温时会重新熔融，进而焊接零件于电路板上。

这种工法还有其他的名称叫「引脚浸锡膏(pin-in-paste)」、「侵入式回流焊接 (intrusive reflow soldering)」 和「通孔回流焊(ROT, reflow of through-hole)」等。

这种工法的好处是可以免去手动焊接(hand soldering)或波焊(Wave Soldering) 的制程并进而节省作业工时(Labor)，同时也可以提升焊接的品质，减少焊接短路(Solder short)的机会。

但这种工法却有下列的先天限制：

1、传统零件的耐热能力必须符合回流焊的温度要求。一般的插件零件通常使用比回流焊零件耐温较低的材料。因为PIH工法要求传统零件与一般的SMT零件一起过回流焊(reflow)，所以必须要符合reflow的耐温需求。 无铅的零件现在要求需可以耐到260°C维持10sec。

2、零件最好有卷带包装(tape-on-reel)而且有足够的平面可以经由SMT的自动贴焊机(pick and place machine)来放到电路板(PCB)上，如果不行的话，就要考虑加派一名作业员，人工手动摆放零件，这时就要衡量所需的工时与品质不稳，因为人工插件有可能会因作业不小心而碰触到其他已经摆放定位的零件。

3、零件body与PCB的焊垫要有standoff(架高)设计。一般PIH制程都会将锡膏印刷得比焊垫的外框还要大，这是为了增加锡膏焊锡量以达到75%的通孔填满要求，如果零件与焊垫之间没有standoff，过Reflow时熔融的锡膏会沿著零件与PCB之间的空隙游走，造成多余的锡扎渣与锡珠，影响日后的电气品质。 

4、传统零件最好在第二面打件(如果有两面SMT的时候)。零件如果已经先在第一面打件了，第二面继续打SMD的时候，锡膏有可能会倒流进入传统零件，造成零件内部短路的可能，尤其是连接器(connector)的零件更要特别小心。

另外，焊锡量是这种工法的最大挑战。IPC-610对通孔焊接点的可接受标淮焊锡量必须大于载板厚度的75％以上，某些要求50%就可以了。(请参考下图，详细规格请查询 IPC-610 section 7.5.5.1) 

至于锡膏量的计算，可以用通孔的最大直径减去引脚的最小直径，然后乘上电路板的厚度取得，要记得再x2，因为锡膏内的助焊剂占了50%，也就是说经过reflow以后，也就是说锡膏的体积只会剩下到原来印刷锡膏的一半。

所需锡膏量体积 ≧ [(通孔的最大直径 /2)2－ 引脚的最小直径/2)2]× π × 电路板的厚度 × 2

那要如何增加通孔的焊锡量呢？下面几个方法提供给您参考：

1、在电路板的通孔(PTH)附近预留足够的空间作 over print。 

跟 Layout Engineer (PCB布线工程师)讨论，在需要 paste-in-hole 的通孔附近空出更多的空间印刷锡膏，也就是说附近尽量不要摆放其他的 pad(焊垫)或是其他不需要的焊接通孔，以避免 over print 时发生短路。 

要注意的：锡膏印刷的平面空间无法无限度的往外延伸，必须要考虑到锡膏的内聚力能力，要不然锡膏会无法全部收回焊垫而形成锡珠。 

另外也要考虑锡膏印刷的方向需配合焊垫延伸的方向。(有机会我们再讨论这一点)

2、缩小电路板上通孔的直径。 

就如同上面的[所需锡膏量计算]，通孔直径越大，所需要的锡膏量也就越多，但同时要考虑的，通孔直径缩得太小，零件就越南插入通孔。

3、采用 step-up(局部加厚) 或 step-down(局部打薄) stencil(钢板)。 

这种钢板可以强迫局部增加锡膏的厚度，也就可以增加锡膏量，进而达到焊锡充满通孔的目的，但这种钢板平均比一般的钢板要贵上约 10%左右。

4、调整适当的锡膏、印刷机的速度及压力、刮刀的类型与角度等。 

锡膏印刷机的这些参数或多或少都会影响到锡膏印刷量，另外 Viscosity(黏度)较低的锡膏其锡膏量会比较多一点。

5、加点锡膏。 

可以考虑用点胶机(dispenser)加点锡膏于Paste-in-Hole的焊垫上来增加锡膏量，由于现今的SMT产线几乎都已经没有自动点胶机了，所以也可以考虑手动点胶，可是必须增加一名作业员的工时。

6、使用预成型锡片(solder preforms) 

可以参考这篇文章：增加焊锡量的另一选择 ─ Solder preforms (预成型锡片)