CN206620355U - 一种波峰焊的印刷电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种印刷电路板，包含焊接通孔及焊接通孔的卫星孔。在波峰焊的焊接过程中，通过卫星孔的孔壁和孔中填充的无铅焊料的热量辐射和传导，能够补充焊接通孔中损失的热量，减慢焊接通孔中焊料的降温速度，提高焊料爬升高度。

Description

一种波峰焊的印刷电路板

技术领域

本实用新型涉及一种印刷电路板，特别是一种应用于印刷板上的适用于波峰焊的通孔结构，降低波焊过程中的热损失，提高通孔填充度。

背景技术

电子产品的功能日趋多样化，为了实现功能的集成，电子产品的印刷电路板(printed circuit board)上需要设置若干不同功能的电子元器件。目前一般以电子元器件的接线端子插入电路板上与接线端子相对应的通孔内，通过波焊的方式使电子元器件的接线端子固定在电路板的通孔内，从而将电子元器件固定于电路板上并且电性导通。这种波焊工艺包含助焊剂涂覆，预热，焊料涂覆，多余焊料吹除，检测维护及清洁等步骤，以使液态焊料在电路板上插设有电子元器件接线端子的通孔处完成进孔，填锡后形成焊点，进而将电子元器件固接于电路板上。良好的无铅波焊，其预热段必须使印刷电路板底面达到约130℃，顶面须达到约110℃左右，这样才能保证焊料顺利上到孔顶。焊料的流动性随温度的升高是升高的，所以增加温度可以提高爬升速度。随着爬升高度的增加，温度降低，爬升的速度也降低，所以在填充过程中应该维持印刷电路板接近上板面的温度。

电子产品无铅焊接在全球全面展开以来，诸多焊接问题接踵而来。在波焊过程中，通孔上锡的驱动力主要来自液态合金在细缝中产生的毛细作用，其实质是弯曲液面在曲率径向产生的附加压力，直至与上升液体的势差平衡。而现有的通孔设计一般为圆柱通孔，其上锡经常面临通孔填充不足的情况，严重影响了生产效率，这种缺陷会使波焊接缝处的机械强度下降，影响产品的电子性能，特别是对于应用于电信，医疗，军事，航空航天领域的PCB厚板。

有关无铅焊接的各种标准，以IPC-A-610F“电子元器件的可接受性”为最具权威性的国际规范。IPC-A-610F对通孔焊接的可接受标准焊锡量必须大于载板厚度的75％以上(详细规格请见IPC-A-610F Class3)。中国发明专利申请CN102573273A提供了一种通孔结构，该孔结构为一种梯形孔，一端为缩口端，另一端为宽口端，且该通孔轴剖面呈梯形，所述通孔的斜侧面与垂直方面呈一个夹角，所述通孔的缩口端的直径不大于宽口端的直径。其主要适用于印刷电路板上，有效提高了通孔上锡的驱动力，提高了生产中的直通率以及产品的可靠性。授权公告号为CN203590595U的中国实用新型专利“一种PCB通孔结构”和授权公告号为CN101916754B的中国发明专利“通孔和通孔形成方法及通孔填充方法”提供了通孔结构方面的改进，延长焊料的降温时间，提高了通孔填充率。但这些特殊的通孔加工比较复杂，不适合用于大批量生产的电子产品。台湾专利TW201044936“电路板之电子元件焊接方法及其电路板结构”公开了一种电路板，于电路板上开设至少一个焊接孔及至少一集热孔，集热孔开设在焊接孔的周围位置并且形成一集热区，再将电子元件的接脚穿设于焊接孔内，以一焊接过程将焊锡填入焊接孔内，由集热孔保持焊锡之热量在集热区域中，确保焊接孔内电子元件的接脚与焊锡顺利结合。授权公告号为CN102883536B的中国发明专利“一种PCB板通孔加工方法及通孔结构”公开了一种“哑铃型”PCB通孔结构，其包括：第一通孔，其与PCB板的TOP面相连，且第一通孔的孔深小于PCB板的厚度；以及第二通孔，其一端与所述第一通孔相连，另一端与PCB板的BOTTOM面相连，且该第二通孔的孔深小于PCB板的厚度，该第二通孔的孔径大于第一通孔的孔径。将双列直插式元件的引脚对应置于PCB通孔内，引脚一端置于第一通孔内，另一端置于第二通孔内，焊接时，熔融的焊料流到PCB通孔内，由于第二通孔的孔径大于第一通孔的孔径，故第二通孔中焊料的流动空间更大，可以延长焊料的降温时间，使焊料更容易流动到PCB板的板面上，从而使维修更容易，减少了PCB板的报废率，降低了成本。目前通过改变PCB板通孔结构以及在通孔周围加设集热孔的方式可以改善PCB办锡焊的通孔填充效果，但集热孔开设过多会增加成本，且须满足一定结构条件才能达到行业标准规定的较好的通孔填充效果。集热孔的大小，集热孔和通孔的大小比值，集热孔距离通孔的位置都会影响通孔填充效果。

实用新型内容

本实用新型针对上述波焊过程中的通孔填充不足的问题，提供了一种新型的印刷电路板设计，在印刷电路板的通孔周围开设卫星孔，增加热传导，提高通孔填充的效果。焊料的流动性随温度的升高是升高的，所以在焊料填充焊接通孔的过程中维持印刷电路板内的热量，可以提高爬升速度。卫星孔的数量，卫星孔距离焊接通孔的距离，卫星孔与焊接通孔的半径比值，都影响着热传导的效果，影响焊接的通孔填充率。

本实用新型采用下述的技术方案：一种印刷电路板，包含焊接通孔及设置在焊接通孔周围的卫星孔，其特征在于，焊接通孔贯穿印刷板，将电子元器件的接线端子置入焊接通孔中并在波峰焊接时使用无铅焊料将其焊接固定，卫星孔位于其辅助的焊接通孔附近，焊接通孔和卫星孔有相同的网络属性(net property)即焊接通孔和卫星孔之间电性导通，焊接通孔中心与其卫星孔中心之间的距离小于或等于4mm，卫星孔的半径小于或等于焊接通孔的半径。卫星孔的孔壁周围材料通常含有铜，导热性能优异，进入卫星孔的焊料与卫星孔孔壁接触，热量传导给卫星孔孔壁，孔壁再将热量传到焊接通孔。控制焊接通孔与卫星孔的距离，以达到符合标准的通孔填充率。

优选地，一个焊接通孔周围的卫星孔数目至少为两个。

优选地，多个卫星孔可以围绕一个焊接通孔呈圆形对称排布，也可以根据其实际器件布局需要而做出不对称调整。

优选地，卫星孔半径与其辅助的焊接通孔半径的比值为0.4-1。

优选地，卫星孔可以是盲孔或通孔，其中盲孔的开口端位于印刷电路板的与焊料接触的表面，另一端通至印刷板内部。只要焊接通孔中心与其卫星孔中心之间的距离适当，卫星孔是盲孔的时候也能达到符合标准的通孔填充效果。

优选地，盲孔的钻孔深度小于或等于印刷板厚度的80％。

优选地，盲孔中可以埋入铜、银或铝等导热性能好的金属。铜、银、铝等是良好的热导体，将其埋入卫星孔中可以增加卫星孔对焊接通孔的热量供应。

优选地，可以通过电镀，刷导电膏，或者将浆料用丝网滴入盲孔中多种手段来实现埋入铜、银或铝等导热性能好的金属。

本实用新型的有益效果是：通过在焊接通孔周边设置了卫星孔，电子元器件的接线端子插入通孔内，熔融的无铅焊料进入通孔，同时进入辅助的卫星孔。与此同时，控制焊接通孔中心与其卫星孔中心之间的距离小于或等于4mm，可以减少焊接通孔内的热量通过孔壁周围的材料散失，从而，通过对焊接通孔的热传导的抑制和对辅助通孔的热量供应，能够使通孔中的熔融焊料爬升过程中不会过早凝固，提高通孔填充率。由此，能够提高接线端子在印刷电路板上的焊接效果。

附图说明

图1(a)和图1(b)是本实用新型的剖面结构示意图，其中图1(a)中的卫星孔是通孔，图1(b)中的卫星孔是盲孔。

图2是图1(a)的俯视图。

1-印刷电路板；2-焊接通孔；3-卫星孔(通孔)；4-铜箔；5-卫星孔(盲孔)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1(a)所示，一种印刷电路板1，包含焊接通孔2及焊接通孔周围的卫星孔3，其中，焊接通孔贯穿印刷板，将电子元器件的接线端子置入焊接通孔中并使用无铅焊料将其焊接固定，焊接通孔的卫星孔位于其辅助的焊接通孔附近。卫星孔3是通孔，其半径与焊接通孔半径的比值为0.4,，其中焊接通孔2的半径为1.0-1.27mm。焊接通孔的中心与卫星孔的中心间距等于3mm。卫星孔3有6个，围绕焊接通孔呈圆形对称排布，且卫星孔与焊接通孔有相同的网络属性。用有限元模拟，PCB板厚约为2.8mm，有6层接地层，采用无铅焊料SAC305，焊接温度为250℃，波峰焊接时间小于3s，最大通孔填充率为52％。仅将接通孔的中心与卫星孔的中心间距调整为2mm时，在同样的焊接条件下，该PCB板的最大通孔填充率可达100％。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型所作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施所作的任何简单修改，变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。例如卫星孔可以是圆柱形孔也可以是梯形孔。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

表1是卫星孔数量、卫星孔与焊接通孔半径、卫星孔与焊接通孔的距离这三个参数与通孔填充效果的关系，此处的卫星孔是通孔。由此可见，卫星孔大小与焊接通孔大小越接近，通孔填充效果越好；卫星孔与焊接通孔的距离越近，通孔填充效果越好。A:卫星孔数量，R：卫星孔半径与焊接通孔半径的比值*10，D：卫星孔与焊接通孔中心之间的距离/mm，Filling Rate：最大通孔填充效果。

Claims (8)

1.一种波峰焊的印刷电路板，包含焊接通孔及设置在焊接通孔周围的卫星孔，其特征在于，焊接通孔贯穿印刷板，将电子元器件的接线端子置入焊接通孔中并在波峰焊接时使用无铅焊料将其焊接固定，卫星孔位于其辅助的焊接通孔附近，焊接通孔和卫星孔有相同的网络属性，焊接通孔中心与其卫星孔中心之间的距离小于或等于4mm，卫星孔的半径小于或等于焊接通孔的半径。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，其中一个焊接通孔周围的卫星孔数目至少为两个。

3.根据权利要求2所述的印刷电路板，其特征在于，其中多个卫星孔可以围绕一个焊接通孔呈圆形对称排布，也可以根据其实际器件布局需要而做出不对称调整。

4.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，其中卫星孔半径与其辅助的焊接通孔半径的比值为0.4-1。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的印刷电路板，其特征在于，其中卫星孔可以是盲孔或通孔，其中盲孔的开口端位于印刷电路板的与焊料接触的表面，另一端通至印刷板内部。

6.根据权利要求5所述的印刷电路板，其特征在于，其中盲孔的钻孔深度小于或等于印刷板厚度的80％。

7.根据权利要求6所述的印刷电路板，其特征在于，其中盲孔中可以埋入铜、银或铝等导热性能好的金属。

8.根据权利要求7所述的印刷电路板，其特征在于，其中可以通过电镀，刷导电膏，或者将浆料用丝网滴入盲孔中多种手段来实现埋入铜、银或铝导热性能好的金属。