Руководство по процессу сборки печатной платы с помощью инструмента "Pin in Paste"

Последнее обновление: май 2026 г. · Руководство по процессу и проектированию оплавления припоя при смешанных технологиях для печатных плат

Пайка с использованием пасты (Pin in Paste, PiP) — также называемая пайкой с использованием пасты в отверстиях (paste-in-hole, PIH) , пайкой сквозных отверстий или интрузивной пайкой оплавлением — это способ пайки компонентов сквозного монтажа в той же печи оплавления, что и компонентов поверхностного монтажа. Вместо отдельной волновой или ручной пайки нескольких выводных разъемов и штырьков на плате, сборщик наносит паяльную пасту непосредственно в металлизированные сквозные отверстия, вставляет выводы компонентов в эту пасту и оплавляет все вместе. При правильном выполнении это исключает целый этап процесса на плате смешанной технологии, но работает только тогда, когда отверстия, трафарет и компоненты разработаны для этого. В этом руководстве объясняется механика, расчет объема пасты, правила проектирования, а также преимущества и недостатки PiP по сравнению с волновой и селективной пайкой.

Что такое сборка печатной платы с использованием технологии Pin in Paste (PiP)?

Сегодня большинство печатных плат состоят преимущественно из компонентов поверхностного монтажа, но на них по-прежнему присутствует небольшое количество компонентов сквозного монтажа (THT) — силовые разъемы, межплатные контакты, большие электролитические конденсаторы, реле, разъемы RJ45, цилиндрические разъемы постоянного тока — которые требуют механической прочности выводов, проходящих через плату. Традиционно эти компоненты с выводами припаиваются отдельно: методом волновой пайки, с помощью аппарата селективной пайки или вручную. Каждый из этих процессов является вторым этапом, требующим собственной настройки, стоимости и теплового воздействия.

Технология Pin in Paste объединяет второй процесс с первым. Металлизированные сквозные отверстия заполняются паяльной пастой на том же этапе трафаретной печати, что и контактные площадки SMT, выводной компонент размещается так, чтобы его выводы находились внутри заполненных пастой отверстий, и когда плата проходит через печь оплавления, паста в отверстиях плавится вместе с пастой под микросхемами, просачиваясь через отверстие и образуя правильный закругленный шов с обеих сторон. Одна печать, одно размещение, одно оплавление.

Почему следует использовать пайку с помощью штифтов вместо волновой пайки?

Мотивация почти всегда заключается в исключении какого-либо этапа. На плате, на 95% состоящей из компонентов для поверхностного монтажа (SMT) и имеющей три или четыре сквозных вывода, волновая пайка заставляет всю панель пройти через волну расплавленного припоя только для того, чтобы сделать дюжину соединений — дополнительная машина, поддон для маскировки стороны SMT, дополнительный флюс и очистка, а также второй цикл термообработки для компонентов, уже однажды оплавленных.

Выбор режима PiP дает ряд конкретных преимуществ:

• Один термический процесс. На плате используется единый профиль оплавления вместо оплавления с последующим волновым воздействием, что снижает тепловую нагрузку на чувствительные к нагреву компоненты поверхностного монтажа и упрощает обработку бессвинцовыми припоями.
• Меньше трудозатрат и производственных площадей. В линии нет отдельных волновых или селективных паяльных машин, нет станций для ручной пайки, меньше операторов прикасаются к плате.
• Постоянные, измеримые суставы. Объем припоя регулируется отверстием трафарета, поэтому для каждого соединения наносится одинаковое количество пасты, а не результат зависит от ручной настройки, без образования волнообразных перемычек или сосулек на дне.

Компромисс заключается в том, что технология PiP не прощает ошибок в отношении объема пасты и термостойкости компонентов. Если эти два параметра не учтены в конструкции, соединения будут давать недостаточное тепловое давление, или разъем расплавится — именно об этом и пойдет речь в остальной части этого руководства.

Процесс вставки и закрепления изображения, шаг за шагом.

Типичная линия монтажа выводов в пасту выглядит почти идентично обычной линии поверхностного монтажа, за исключением того, что размещение выводов в отверстиях происходит до оплавления, а не после. Единственный действительно новый этап — это установка выводов; единственный этап, требующий специальной разработки, — это печать.

1. Трафаретная печать — Паста наносится методом печати на контактные площадки для поверхностного монтажа и вдавливается в металлизированные сквозные отверстия через увеличенные (нанесенные поверх) или ступенчатые отверстия. Ключевое управление: Конструкция отверстия и толщина трафарета — факторы, определяющие объем пасты.
2. Размещение SMT — Устройство для установки компонентов в модульную систему, как обычно, выполняет монтаж всех компонентов поверхностного монтажа.
3. Вставка THT — Компоненты с выводами устанавливаются вручную, с помощью установочного устройства или специального приспособления, так чтобы их контакты плотно входили в заполненные пастой отверстия. Ключевое управление: Штифты должны достигать пасты, не размазывая ее по стенкам ствола.
4. оплавления — Вся сборка проходит через печь; соединения SMT и сквозные соединения формируются в одном и том же профиле. Ключевое управление: Профиль должен обеспечивать полный нагрев высокотеплоемких компонентов, устанавливаемых в отверстия, без перегрева компонентов для поверхностного монтажа.
5. Инспекция — AOI проверяет соединения SMT; галтели сквозных отверстий проверяются визуально или, если важны цилиндрические элементы, с помощью рентгеновского излучения для оценки формирования галтелей сверху/снизу и заполнения цилиндрических элементов.

Проблема с объемом паяльной пасты в режиме PiP (и способы ее решения)

Вот в чем главная трудность. Сквозное отверстие представляет собой относительно большой объем, который необходимо заполнить, оставив галтель с обеих сторон платы, но обычный трафарет печатает только тонкий плоский слой (обычно толщиной 0.10–0.15 мм). Если вырезать отверстие размером с контактную площадку, большая часть пасты стекает прямо вниз по отверстию; как только флюс сгорает при оплавлении, остается недостаточно металла для заполнения отверстия, и шов получается с недостатком металла и без галтели снизу.

Ассемблеры устраняют этот пробел с помощью трех основных методов, часто в сочетании:

надпечатка

Отверстие трафарета делается больше, чем кольцевая площадка , поэтому дополнительная паста печатается кольцом вокруг отверстия; во время оплавления эта паста поступает в цилиндр. Отверстия для дополнительной печати могут быть круглыми, квадратными или каплевидными, что смещает пасту к отверстию. Это самый распространенный и наименее затратный метод, поскольку он изменяет только изображение трафарета.

Пошаговый трафарет

Трафарет локально утолщается вокруг отверстий PiP — например, трафарет толщиной 0.12 мм увеличивается до 0.20 мм только в этой области — поэтому при каждом нанесении наносится больше пасты, при этом области SMT с малым шагом остаются тонкими. Это дороже и требует тщательного размещения ступеней, чтобы ракель по-прежнему обеспечивал герметичность, но позволяет наносить большие объемы без чрезмерного увеличения занимаемой площади.

Заготовки для припоя

Для отверстий наибольшего объема (тяжелые силовые разъемы, большие цилиндрические отверстия) перед оплавлением поверх нанесенной пасты добавляется предварительно сформированный кусок твердого припоя — заготовка . Он плавится и дополняет пасту, заполняя цилиндрические отверстия, которые невозможно заполнить одним лишь трафаретом.

Какой бы метод ни использовался, паста также должна физически достичь корпуса, поэтому для технологии PiP важны трафареты, вырезанные лазером, с гладкими, хорошо сужающимися стенками отверстий: чистые стенки позволяют легче нанести более толстый слой, вместо того чтобы половина его прилипла к трафарету.

Как рассчитать объем паяльной пасты для вывода в пасте

PiP — один из немногих процессов сборки, где действительно необходимо производить расчет объема, а не полагаться на значение по умолчанию. Логика проста.

Сначала определите конечный объем припоя, необходимый для соединения:

Необходимое количество припоя = объем ствола + верхний шов + нижний шов − объем свинца внутри ствола

Объем цилиндра определяется как объем покрытого отверстия, рассматриваемого как цилиндр; вычтите часть свинца, находящегося внутри него, и добавьте небольшой запас на галтели, которые должны образоваться с каждой стороны. Это даст вам желаемый объем твердого припоя в итоге.

Во-вторых, переведите это в объем влажной пасты . Паяльная паста представляет собой суспензию металлического порошка во флюсе, и только около половины ее объема составляет металл — остальное — флюс, который испаряется во время оплавления. В качестве приблизительного правила, вам потребуется примерно вдвое больше конечного объема припоя во влажной печатной пасте:

Объем влажной пасты ≈ 2 × необходимое количество припоя (точный коэффициент зависит от содержания металла в пасте — смотрите техническое описание).

В-третьих, спроектируйте апертуру и толщину трафарета так, чтобы один отпечаток оставлял именно такой объем влажной пасты. Объем апертуры — это открытая площадь, умноженная на толщину трафарета, поэтому вы выбираете компромисс между размером наложения и толщиной трафарета; если плоская апертура не может достичь целевого размера, не становясь при этом абсурдно большой, это сигнал к увеличению размера трафарета или добавлению преформы. Практический вывод: никогда не позволяйте производителю трафаретов вырезать апертуры PiP «размером с контактную площадку» — задавайте их размер, исходя из расчета объема, с учетом соотношения металла и флюса в пасте.

Правила оформления закрепки и вставки: отверстия, выводы и запретные области.

Качественная печать начинается с разметки, а не с линии. Несколько правил позволяют обеспечить возможность печати и надежность соединений:

• Зазор между отверстием и выводами: Диаметр отверстия в проводнике ≈ диаметр вывода + 0.20–0.25 мм для круглых выводов (немного больше для квадратных/прямоугольных). Слишком тугое затягивание приведет к тому, что проводник соскребает клей со стены; слишком слабое затягивание приведет к тому, что клей провалится, и соединение будет голодать.
• Кольцевое кольцо / подушка: Используйте достаточно большую верхнюю подложку, чтобы у оттиска было место для опоры, что обеспечит больший слой пасты и более прочный закругленный край.
• SMT недоступен: Следите за тем, чтобы контактные площадки SMT с малым шагом выводов не соприкасались с кольцом нанесения рисунка, чтобы наносимая сверху паста не могла образовать мостик с соседней площадкой.
• Расстояние между компонентами: Оставьте небольшой зазор под корпусом (или укажите деталь с выступами), чтобы паста могла выходить наружу и образовывать верхний скругленный край; деталь, лежащая ровно, будет его задерживать.
• Зазор с нижней стороны: Не допускайте попадания хрупких или высоких предметов непосредственно под отверстие PiP с противоположной стороны — нижней части паяного соединения должно быть достаточно места, и эта область подвергается полному нагреву при оплавлении.
• Тепловой баланс: Необходимо устранить проблему больших медных пластин, соединенных с корпусом терморезистором, иначе корпус будет действовать как теплоотвод и может не достичь температуры оплавления.

Именно такие проблемы выявляются при проверке DFM и проверке сборки (DFA) до начала изготовления оснастки, когда ее изменение не представляет сложности, а не требует повторной сборки.

Какие компоненты можно паять методом «контакт в пасте»?

Наиболее существенным фактором, ограничивающим возможности устройства, является нагрев. Компонент и его пластиковые детали должны выдерживать полную пиковую температуру оплавления — обычно около 245–260 °C для бессвинцовых сплавов SAC. Многие обычные сквозные разъемы не рассчитаны на такую ​​температуру; их корпуса размягчатся, провиснут или расплавятся. Производители продают «совместимые с оплавлением» или «высокотемпературные» версии распространенных разъемов, специально предназначенные для PiP, и именно их следует выбирать.

В качестве подходящих вариантов рассматриваются компоненты, рассчитанные на пайку оплавлением, с умеренной тепловой инерцией и хорошо расположенными контактами: штыревые разъемы, коробчатые разъемы и межплатные соединители, продаваемые в версиях, совместимых с пайкой оплавлением, сквозные разъемы RJ45 и USB, рассчитанные на пайку оплавлением, а также более компактные силовые разъемы и клеммные колодки, рассчитанные на использование в печи.

К неудачным вариантам — для которых лучше подходит волновая, селективная или ручная пайка — относятся разъемы и пластиковые детали, не рассчитанные на температуру оплавления, очень крупные детали с высокой тепловой инерцией (большие трансформаторы, тяжелые шины), которые не достигают нужной температуры при обычном профиле пайки, детали, которые располагаются плоско и не имеют вентиляционного канала для флюса, очень большие цилиндрические емкости, которые даже заготовки с трудом заполняют флюсом, а также любые детали, добавленные после оплавления по механическим причинам или для тестирования.

Когда на плате сочетаются несколько разъемов, совместимых с технологией PiP, и один компонент, который не подходит для пайки оплавлением, распространенным решением является пайка PiP тех частей, которые подходят, и выборочная пайка несоответствующих частей, вместо того чтобы пытаться использовать один метод для всех компонентов.

Вставка припоя в клей, волновая пайка, селективная пайка

PiP не всегда является подходящим инструментом. Он конкурирует с волновой пайкой и селективной пайкой, и оптимальный выбор зависит от количества компонентов, устанавливаемых в отверстия, и от того, выдерживают ли они нагрев при оплавлении.

Полезное правило принятия решения: если компоненты, предназначенные для сквозного монтажа, пригодны для оплавления припоем и их немного, то пайка в отверстиях (PiP) обычно является самым дешевым и чистым вариантом. Если компонентов много, то волновая пайка (wave) все равно предпочтительнее. Если небольшое количество компонентов не выдерживает оплавления припоем, то селективная пайка (selective) позволяет справиться с этими исключениями, не подвергая остальную часть платы воздействию пайки.

Закрепить в разделе «Вставить» Услуги по сборке на Highleap

Компания Highleap Electronics, расположенная в Гуанчжоу и базирующаяся в Китае, является производителем печатных плат и сборочных узлов, использующим технологию Pin in Paste в рамках комплексной сборки «под ключ» с применением смешанных технологий . Преимущество работы с производителем, регулярно использующим PiP, заключается в том, что расчеты объема и проектирование трафаретов выполняются до изготовления платы, а не обнаруживаются после партии неудачных сварных соединений.

• Трафаретная инженерия: Трафареты для нанесения надпечатки и лазерной резки, размеры которых определяются на основе расчета объема пасты, а также заготовки для припоя для высокообъемных корпусов.
• Обратная связь по DFM/DFA: Соотношение диаметра отверстий к диаметру выводов, допустимые зоны пайки, теплоотвод и параметры пайки компонентов оплавлением проверяются в соответствии с вашими посадочными местами.
• Профилирование оплавления: Профили настроены таким образом, чтобы высокотеплоемкие компоненты для сквозного монтажа достигали заданной температуры без перегрева компонентов с малым шагом выводов для поверхностного монтажа.
• Осмотр: Акустическую оптику на SMT-соединениях и рентгеновский контроль в местах, где необходимо проверить заполнение цилиндра.
• Выбор процесса: Честные рекомендации о том, когда метод пайки «всё в одном», волновой пайки или селективной пайки подходит именно для вашей платы.

Часто задаваемые вопросы (PiP)

Пайка методом "вставка иглы" — это то же самое, что и пайка оплавлением?

В нем используется пайка оплавлением, но этот термин относится конкретно к пайке компонентов с выводами в печи оплавления путем нанесения пасты в отверстия. Обычная пайка оплавлением используется для компонентов поверхностного монтажа; PiP расширяет этот процесс в печи на компоненты с выводами, поэтому отдельный этап волновой или ручной пайки не требуется.

Почему мои куски мяса, приготовленные методом PiP, получаются недоготовленными или без нижнего филе?

Практически всегда недостаточно пасты. Плоское отверстие размером с подушечку не может заполнить весь цилиндр. Исправьте это, нанеся дополнительную печать (более широкое кольцо вокруг отверстия), изменив трафарет локально или добавив заготовку для припоя — и определите размер отверстия, исходя из расчета объема, учитывающего, что паста примерно наполовину состоит из металла по объему.

Можно ли припаять любой сквозной разъем с помощью PiP?

Нет. Деталь должна выдерживать полную пиковую температуру оплавления, обычно около 245–260 °C для бессвинцовых материалов. Многие стандартные разъемы не рассчитаны на такую ​​температуру и деформируются. Используйте «совместимую с оплавлением» или «высокотемпературную» версию разъема, которые производители выпускают специально для PiP.

В каких случаях следует использовать волновую пайку вместо PiP?

Когда на плате много компонентов с выводами или компонентов, которые не выдерживают высоких температур при оплавлении, технология PiP особенно эффективна на платах, преимущественно с поверхностным монтажом и небольшим количеством компонентов с выводами, устойчивыми к оплавлению. По мере увеличения количества компонентов с выводами, волновая пайка становится более эффективной; за редкими исключениями, чувствительными к нагреву, обычно оптимальным решением является селективная пайка.