Przewodnik po procesie montażu PCB z wklejonym pinem

Ostatnia aktualizacja: maj 2026 r. · Przewodnik po procesie i projektowaniu w technologii wklejania w otwory dla płytek wykonanych w technologii mieszanej

Przypnij wklej (PiP) - nazywany również wklejanie w otwór (PIH), lutowanie przelotowelub natrętne reflow — to sposób lutowania elementów przewlekanych w tym samym piecu reflow, w którym lutowane są elementy montowane powierzchniowo. Zamiast przeprowadzać osobną operację lutowania falowego lub ręcznego dla kilku złączy i listew na płytce z wyprowadzeniami, monter wstrzykuje pastę lutowniczą bezpośrednio do metalizowanych otworów przelotowych, wsuwa wyprowadzenia elementów do pasty i ponownie lutuje wszystko razem. Prawidłowo przeprowadzona procedura eliminuje cały etap procesu z płytki w technologii mieszanej, ale działa tylko wtedy, gdy otwory, szablon i komponenty są do tego zaprojektowane. Ten poradnik wyjaśnia mechanikę, obliczenia dotyczące objętości pasty, zasady projektowania oraz to, w których miejscach metoda PiP przewyższa — a w których przegrywa — lutowanie falowe i selektywne.

Czym jest montaż PCB metodą PiP (pin-in-paste)?

Większość współczesnych płytek drukowanych jest zdominowana przez elementy montowane powierzchniowo, ale nadal zawierają one kilka elementów przewlekanych (THT) – złącza zasilania, złącza międzypłytkowe, duże kondensatory elektrolityczne, przekaźniki, gniazda RJ45, gniazda DC barrel – które wymagają wytrzymałości mechanicznej przewodu przechodzącego przez płytkę. Tradycyjnie te elementy z wyprowadzeniami są lutowane oddzielnie: metodą lutowania falowego, za pomocą lutownicy selektywnej lub ręcznie. Każdy z nich to osobny proces, który charakteryzuje się inną konfiguracją, kosztami i narażeniem na temperaturę.

Proces Pin in Paste łączy ten drugi proces z pierwszym. Metalizowane otwory przelotowe są wypełniane pastą lutowniczą podczas tego samego etapu drukowania szablonowego, który polega na wklejaniu padów SMT. Element z wyprowadzeniami jest umieszczany tak, aby jego piny znajdowały się wewnątrz wypełnionych pastą tulei, a gdy płytka przechodzi przez piec reflow, pasta w otworach topi się wraz z pastą pod elementami układu scalonego, przenikając przez tuleję, tworząc odpowiednie wyprofilowanie po obu stronach. Jeden wydruk, jedno miejsce, jedno reflow.

Dlaczego warto stosować lutowanie na fali zamiast lutowania pinowego?

Motywacją jest niemal zawsze wyeliminowanie jednego kroku. Na płytce wykonanej w 95% metodą SMT z trzema lub czterema złączami przewlekanymi, lutowanie falowe wymusza przepływ całego panelu przez falę stopionego lutu, aby wykonać kilkanaście połączeń — dodatkowe urządzenie, paletę do maskowania strony SMT, dodatkowy topnik i czyszczenie oraz drugi cykl termiczny dla elementów już raz poddanych lutowaniu rozpływowemu.

Wybór PiP przynosi kilka konkretnych korzyści:

• Jeden proces termiczny. Płytka wykorzystuje pojedynczy profil lutowania rozpływowego zamiast lutowania rozpływowego z falą, co zmniejsza naprężenia cieplne wrażliwych na ciepło części SMT i upraszcza obróbkę bezołowiową.
• Mniej pracy i przestrzeni. Brak oddzielnej maszyny falowej lub selektywnej w linii, brak stacji lutowniczej do lutowania ręcznego, mniejsza liczba operatorów dotykających płytki.
• Spójne, mierzalne połączenia. Objętość lutu ustalana jest przez otwór szablonu, dzięki czemu każde połączenie otrzymuje powtarzalną ilość pasty, a nie wynik zależny od ręki, bez mostków falowych lub sopli na spodzie.

Wadą jest to, że PiP nie wybacza błędów w kwestii objętości pasty i tolerancji komponentów na ciepło. Jeśli te dwa czynniki nie zostaną odpowiednio zaprojektowane, połączenia będą się zużywać lub złącze się stopi – o czym jest mowa w dalszej części tego poradnika.

Proces wklejania pinów, krok po kroku

Typowa linia Pin-in Paste wygląda niemal identycznie jak zwykła linia SMT, z otworem przelotowym dodanym przed reflowem, a nie po nim. Jedynym prawdziwie nowym krokiem jest włożenie; jedynym krokiem wymagającym specjalnej inżynierii jest wydruk.

1. Odbitka szablonowa — pasta jest nadrukowywana na pady SMT i wtłaczana do otworów przelotowych przez powiększone (nadrukowane) lub schodkowe otwory. Kontrola kluczy: konstrukcja otworu i grubość szablonu, w których objętość pasty jest zwiększana lub zmniejszana.
2. Umieszczanie SMT — maszyna typu „pick-and-place” umieszcza wszystkie części montowane powierzchniowo w zwykły sposób.
3. Wkładanie THT — elementy z wyprowadzeniami są wkładane tak, aby ich kołki znalazły się w otworach wypełnionych pastą, ręcznie, za pomocą maszyny montażowej lub przy użyciu specjalnego przyrządu montażowego. Kontrola kluczy: szpilki muszą sięgnąć pasty, nie rozmazując jej po ściankach lufy.
4. Przepływ — cały zespół przechodzi przez piec; połączenia SMT i przelotowe powstają w tym samym profilu. Kontrola kluczy: Profil musi w pełni nagrzewać elementy przewlekane o dużej masie cieplnej, nie podgrzewając przy tym elementów SMT.
5. Kontrola — AOI sprawdza połączenia SMT; wypełnienia otworów przelotowych sprawdza się wizualnie lub, w przypadku gdy istotne są lufy, za pomocą promieni rentgenowskich w celu sprawdzenia powstawania wypełnień górnych/dolnych i wypełnienia lufy.

Problem z objętością pasty lutowniczej w PiP (i jego rozwiązania)

Oto główny problem. Lufa przelotowa to stosunkowo duża przestrzeń, którą trzeba wypełnić, pozostawiając zaokrąglenie po obu stronach płytki, podczas gdy standardowy szablon drukuje jedynie cienką, płaską warstwę (zwykle o grubości 0.10–0.15 mm). Wytnij otwór wielkości padu, a większość pasty spłynie prosto do lufy; gdy topnik wypali się w lutowaniu rozpływowym, nie pozostanie wystarczająco dużo metalu, aby wypełnić otwór, a połączenie będzie puste, bez zaokrąglenia na dole.

Asemblerzy łatają tę lukę, stosując trzy główne techniki, często stosowane w połączeniu:

Nadruk

Wykonano otwór szablonu większy niż podkładka pierścieniowa W ten sposób dodatkowa pasta jest dozowana w formie pierścienia wokół otworu; podczas reflow pasta ta spływa do cylindra. Otwory do nadruku mogą mieć kształt okrągły, kwadratowy lub łezki, co kieruje pastę w stronę otworu. Jest to najpopularniejsza i najtańsza metoda, ponieważ zmienia jedynie grafikę szablonu.

Szablon schodkowy (schodkowy)

Szablon jest miejscowo grubszy wokół otworów PiP – np. szablon o grubości 0.12 mm jest stopniowany do 0.20 mm tylko w tym miejscu – dzięki czemu każdy wydruk nakłada więcej pasty, a jednocześnie utrzymuje cienkie obszary SMT o drobnym skoku. Jest to droższe i wymaga starannego rozmieszczenia stopni, dzięki czemu rakla nadal uszczelnia, ale zapewnia duże objętości bez zajmowania zbyt dużej powierzchni.

Preformy lutownicze

W przypadku otworów o największej objętości (ciężkie złącza zasilania, duże tuleje) należy użyć wstępnie uformowanego kawałka lutu stałego — preforma — jest dodawany na wierzch zadrukowanej pasty przed reflowem. Topi się i uzupełnia pastę, wypełniając beczki, których żaden rozsądny szablon nie byłby w stanie wypełnić sam.

Niezależnie od wybranej metody, pasta musi również fizycznie dotrzeć do beczki, dlatego szablony wycinane laserowo gładkie, dobrze stożkowe ścianki otworu mają znaczenie dla PiP: czyste ścianki uwalniają grubszą warstwę zamiast pozostawiać jej połowę przyklejoną do szablonu.

Jak obliczyć objętość pasty lutowniczej dla pinu w paście

PiP to jeden z niewielu procesów montażu, w którym trzeba faktycznie obliczyć objętość, zamiast polegać na wartości domyślnej. Logika jest prosta.

Najpierw rozwiąż końcowa objętość lutu wspólne potrzeby:

Potrzebna ilość lutu = objętość lufy + górne wypełnienie + dolne wypełnienie − objętość ołowiu wewnątrz lufy

Objętość lufy to otwór potraktowany jak cylinder; odejmij część ołowiu, która znajduje się w środku, i dodaj niewielki naddatek na wypustki, które powinny powstać po obu stronach. To daje objętość lut stały chcesz na końcu.

Po drugie, przekonwertuj to na objętość mokrej pastyPasta lutownicza to zawiesina proszku metalowego w topniku, z której tylko około połowa objętości stanowi metal — reszta to topnik, który ulatnia się podczas lutowania rozpływowego. Z reguły potrzebujesz zatem około dwa razy końcowa objętość lutu w mokrej paście drukarskiej:

Objętość pasty mokrej ≈ 2 × potrzebna ilość lutu (dokładny współczynnik zależy od zawartości metalu w paście — sprawdź kartę katalogową)

Po trzecie, zaprojektuj apertura i grubość szablonu Tak więc jeden wydruk nakłada tę objętość mokrej pasty. Objętość apertury to otwarta powierzchnia pomnożona przez grubość szablonu, więc trzeba dokonać kompromisu między rozmiarem nadruku a grubością szablonu; jeśli płaska apertura nie może osiągnąć celu bez absurdalnego wzrostu, jest to sygnał do zwiększenia rozmiaru szablonu lub dodania preformy. Praktyczna wskazówka: nigdy nie pozwól, aby firma produkująca szablony wycinała apertury PiP na „rozmiar padu” — określ ich rozmiar na podstawie obliczeń objętości, uwzględniając stosunek metalu do topnika w paście.

Zasady projektowania przypinania wklejania: otwory, wyprowadzenia i miejsca wykluczone

Dobre PiP zaczyna się w układzie, a nie na linii. Kilka zasad sprawia, że ​​proces jest możliwy do wydrukowania, a stawy brzmią:

• Odległość między otworem a wyprowadzeniem: Średnica otworu w oprawie ≈ średnica ołowiu + 0.20–0.25 mm dla okrągłych ołowiów (nieco więcej dla kwadratowych/prostokątnych). Zbyt ciasne ołowie zdzierają pastę ze ścianki; zbyt luźne powodują wypadanie pasty i brak szczelności połączenia.
• Pierścień pierścieniowy / podkładka: użyj grubej podkładki wierzchniej, aby nadruk miał gdzie się osadzić, co umożliwi nałożenie większej ilości pasty i uzyskanie mocniejszego wyokrąglenia.
• SMT – zabezpieczenie przed: utrzymuj pola kontaktowe SMT o małej gęstości z dala od pierścienia nadruku, aby nadrukowana pasta nie mogła zlać się z sąsiednim polem.
• Odległość między komponentami: pozostaw niewielką szczelinę pod korpusem (lub określ część z odstępami), aby pasta mogła odprowadzić topnik i utworzyć górne wyokrąglenie; część leżąca płasko zatrzymuje go.
• Prześwit od spodu: nie umieszczaj niczego kruchego lub wysokiego bezpośrednio pod otworem PiP po przeciwnej stronie — dolny płat potrzebuje miejsca, a obszar ten jest poddawany pełnemu procesowi rozpływu.
• Bilans cieplny: odciążyć duże miedziane płaszczyzny łączące się z lufą za pomocą przewodów termicznych, w przeciwnym razie lufa pełni funkcję radiatora i może nie osiągnąć temperatury rozpływu.

To są dokładnie takie problemy, Recenzja DFM oraz przegląd zespołu (DFA) złapać przed przecięciem narzędzia, gdy ich zmiana jest bezpłatna, a nie wymaga ponownego obrotu.

Które komponenty można lutować za pomocą pasty pinowej?

Największym czynnikiem wpływającym na bramkowanie jest ciepło. Element i jego tworzywa sztuczne muszą przetrwać pełną temperaturę szczytową – zazwyczaj około 245–260°C w przypadku stopów SAC bezołowiowych. Wiele zwykłych złączy przelotowych jest nie Są one do tego przystosowane; ich obudowy zmiękną, opadną lub stopią się. Producenci sprzedają wersje popularnych złączy „kompatybilne z reflow” lub „wysokotemperaturowe” specjalnie do PiP i to one powinny je określać.

Dobrzy kandydaci są to elementy przeznaczone do lutowania rozpływowego, charakteryzujące się niewielką masą termiczną i dobrze rozmieszczonymi pinami: złącza szpilkowe, złącza skrzynkowe i złącza płytka-płytka sprzedawane w wersjach kompatybilnych z lutowaniem rozpływowym, gniazda RJ45 i USB przewlekane przeznaczone do lutowania rozpływowego, a także mniejsze złącza zasilania i bloki zaciskowe przeznaczone do lutowania w piekarniku.

Biedni kandydaci — lepiej obsługiwane przez lutowanie falowe, selektywne lub ręczne — obejmują złącza i tworzywa sztuczne, które nie są przystosowane do temperatur rozpływowych, bardzo duże części o dużej masie cieplnej (duże transformatory, ciężkie szyny zbiorcze), które nie osiągną temperatury w normalnym profilu, części, które są płaskie i nie mają ścieżki odprowadzającej topnik, bardzo duże beczki, które nawet podczas wstępnej obróbki mają problem z powtarzalnym napełnianiem, oraz wszystko, co jest dodawane po lutowaniu rozpływowym ze względów mechanicznych lub testowych.

Gdy płytka łączy kilka złączy obsługujących PiP z jedną częścią, której nie można poddać procesowi reflow, typową odpowiedzią jest PiP, co można i selektywnie lutować wyjątek, zamiast forsowania wszystkiego jedną metodą.

Wklejanie pinem, lutowanie falowe i lutowanie selektywne

PiP nie zawsze jest właściwym narzędziem. Konkuruje z lutowaniem falowym i lutowaniem selektywnym, a najlepszy wybór zależy od liczby elementów przewlekanych i tego, czy wytrzymają one nagrzewanie rozpływowe.

Przydatna zasada decyzyjna: jeśli elementy przewlekane są odporne na lutowanie rozpływowe i jest ich niewiele, lutowanie metodą PiP jest zazwyczaj najtańsze i najczystsze. Jeśli elementów przewlekanych jest dużo, lutowanie falowe nadal wygrywa. Jeśli niewielka liczba elementów nie przetrwa lutowania rozpływowego, lutowanie selektywne radzi sobie z tymi wyjątkami, nie narażając reszty płytki na działanie lutu.

Przypnij i wklej Usługi montażowe w Highleap

Elektronika Highleap jest chińskim producentem PCB i PCBA z siedzibą w Guangzhou, który wykorzystuje technologię Pin in Paste w ramach technologii mieszanej montaż pod kluczWartość współpracy z producentem, który regularnie stosuje PiP, polega na tym, że obliczenia objętościowe i projekt szablonu są wykonywane przed złożeniem płytki, a nie odkrywane dopiero po partii niedokończonych połączeń.

• Inżynieria szablonowa: nadruk i wycinanie laserowe szablonów o wymiarach ustalonych na podstawie obliczeń objętości pasty, a także wstępne formy lutownicze do beczek o dużej objętości.
• Opinie DFM/DFA: stosunek otworów do wyprowadzeń, odległości między otworami, odciążenie termiczne i parametry lutowania rozpływowego komponentów porównane z Twoimi wymiarami.
• Profilowanie reflow: profile dostrojone tak, aby elementy przewlekane o dużej masie cieplnej osiągały odpowiednią temperaturę bez przegrzewania drobnozwojowych elementów SMT.
• Kontrola: AOI na złączach SMT i prześwietlenie rentgenowskie w miejscach, gdzie konieczne jest sprawdzenie wypełnienia lufy.
• Wybór procesu: rzetelne doradztwo w kwestii tego, kiedy PiP, lutowanie falowe czy selektywne jest właściwą metodą dla danej płytki.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące funkcji „Przypnij i wklej” (PiP)

Czy lutowanie metodą Pin in Paste jest tym samym co lutowanie rozpływowe?

Wykorzystuje lutowanie rozpływowe, ale termin ten odnosi się konkretnie do lutowania przez otwór Części w piecu reflowowym poprzez wtłaczanie pasty w otwory. Zwykłe lutowanie rozpływowe służy do lutowania elementów montowanych powierzchniowo; PiP rozszerza tę samą ścieżkę w piecu na elementy z wyprowadzeniami, dzięki czemu nie jest potrzebny oddzielny etap lutowania na fali lub ręcznego.

Dlaczego moje złącza PiP wychodzą pozbawione wypełnienia lub bez dolnego wypełnienia?

Prawie zawsze za mało pasty. Płaski otwór wielkości padu nie jest w stanie wypełnić lufy. Napraw to poprzez nadruk (większy pierścień wokół otworu), lokalne podniesienie szablonu lub dodanie preformy lutowniczej — i dobierz rozmiar otworu na podstawie obliczeń objętości, uwzględniających fakt, że pasta stanowi mniej więcej połowę objętości metalu.

Czy każde złącze przewlekane można lutować za pomocą PiP?

Nie. Element musi przetrwać pełną temperaturę szczytową, zazwyczaj około 245–260°C w przypadku złączy bezołowiowych. Wiele standardowych złączy nie jest do tego przystosowanych i ulegnie odkształceniu. Należy używać złącza w wersji „kompatybilnej z zgrzewaniem rozpływowym” lub „wysokotemperaturowej”, które producenci produkują specjalnie do lutowania metodą PiP.

Kiedy powinienem zastosować lutowanie falowe zamiast PiP?

Gdy płytka zawiera wiele elementów przewlekanych lub elementów, które nie są odporne na lutowanie rozpływowe, technologia PiP sprawdza się głównie na płytkach SMT z kilkoma elementami z wyprowadzeniami odpornymi na lutowanie rozpływowe. Wraz ze wzrostem liczby otworów przewlekanych, lutowanie falowe staje się bardziej wydajne; w kilku wyjątkach wrażliwych na temperaturę, lutowanie selektywne jest zazwyczaj rozwiązaniem.