Посібник з процесу складання друкованої плати з пін-вставкою

Останнє оновлення: травень 2026 р. · Керівництво з процесу та проектування пакування вставкою в отвір для плат зі змішаними технологіями

Закріпити та вставити (PiP) - також називається вставка в отвір (PIH), паяння наскрізного отворуабо інтрузивне оплавлення — це спосіб паяння компонентів, що проходять через отвори, в тій самій печі оплавлення, що й деталі для поверхневого монтажу. Замість того, щоб виконувати окрему операцію паяння хвилею паяння або ручного паяння для кількох виведених роз'ємів та роз'ємів на платі, асемблер друкує паяльну пасту безпосередньо в гальванізовані наскрізні отвори, вставляє висновки компонентів у цю пасту та оплавляє все разом. Якщо все зробити правильно, це усуває цілий етап процесу з плати зі змішаною технологією, але працює лише тоді, коли отвори, трафарет та компоненти розроблені для цього. У цьому посібнику пояснюється механіка, математика залежності пасти від об'єму, правила проектування, а також те, де PiP перевершує — а де програє — хвильовому та селективному паянню.

Що таке збірка друкованої плати методом Pin-in-Paste (PiP)?

Більшість сучасних плат переважно монтуються на поверхневий монтаж, але вони все ще містять кілька деталей, що проходять через отвір (THT), — роз'єми живлення, міжплатні роз'єми, великі електролітичні конденсатори, реле, роз'єми RJ45, циліндричні роз'єми постійного струму, — яким потрібна механічна міцність ніжки, що проходить через плату. Традиційно ці вивідні деталі паяються окремо: хвилею паяння, за допомогою селективного паяльного апарату або вручну. Кожен з них є окремим процесом зі своєю власною налаштуванням, вартістю та тепловим впливом.

Технологія «Pin in Paste» («Пінти в пасті») складає другий процес назад у перший. Покриті наскрізні отвори заповнюються паяльною пастою під час того ж етапу трафаретного друку, на якому пастуються контактні площадки SMT. Вивідний компонент розміщується так, щоб його контакти знаходилися всередині заповнених пастою корпусів, і коли плата проходить через піч оплавлення, паста в отворах плавиться разом з пастою під деталями мікросхеми, просочуючи через корпус, утворюючи належне згинання з обох боків. Один друк, одне місце, одне оплавлення.

Чому варто використовувати паяння штифтом у пасті замість хвильового паяння?

Мотивація майже завжди полягає в тому, щоб усунути якусь сходинку. На платі, яка на 95% виготовлена ​​за методом поверхневого монтажу (SMT) і має три або чотири роз'єми через отвори, хвилеве паяння змушує всю панель пропускати хвилю розплавленого припою лише для того, щоб зробити десяток з'єднань — додатковий верстат, піддон для маскування SMT-сторони, додатковий флюс та очищення, а також другий термічний цикл для деталей, які вже були оплавлені один раз.

Вибір PiP натомість дає кілька конкретних переваг:

• Один термічний процес. Плата має один профіль оплавлення замість оплавлення плюс хвиля, що зменшує теплове навантаження на термочутливі SMT-деталі та спрощує безсвинцеву обробку.
• Менші трудовитрати та площа приміщення. Немає окремого хвильового або селективного паяльного пристрою в лінії, немає станції ручного паяння, менше операторів торкаються плати.
• Послідовні, вимірювані суглоби. Об'єм припою встановлюється отвором трафарету, тому кожне з'єднання отримує повторювану кількість пасти, а не результат, залежний від руки, без хвильових містків або бурульок на дні.

Компроміс полягає в тому, що PiP невблаганно ставиться до об'єму пасти та термостійкості компонентів. Якщо ці два фактори не врахувати, з'єднання виснажаться або роз'єм розплавиться — про що йтиметься далі в цьому посібнику.

Процес вставки Pin in Paste, крок за кроком

Типова лінія Pin in Paste виглядає майже ідентично звичайної лінії SMT, причому розміщення наскрізного отвору додається до оплавлення, а не після. Єдиним справді новим кроком є ​​вставка; єдиним кроком, який потребує спеціальної інженерії, є друк.

1. Трафаретний друк — паста друкується на контактних площадках SMT та вдавлюється в гальванізовані наскрізні отвори через збільшені (надруковані) або ступінчасті отвори. Ключове управління: конструкція отвору та товщина трафарету, де виграє або втрачається об'єм пасти.
2. Розміщення ЗПТ — машина для забирання та розміщення заповнює всі деталі поверхневого монтажу як завжди.
3. Вставка ТГТ — компоненти з виводами вставляються так, щоб їхні контакти щільно прилягали до заповнених пастою отворів, вручну, за допомогою установчого пристрою або за допомогою вставного пристосування. Ключове управління: Штифти повинні діставати пасту, не розмазуючи її зі стінок бочки.
4. Повторити — вся конструкція проходить через піч; з'єднання поверхневим монтажем (SMT) та наскрізні отвори утворюються в одному профілі. Ключове управління: Профіль повинен повністю нагрівати деталі з високою теплоємністю через отвори, не нагріваючи деталі, що піддаються поверхневому монтажу.
5. огляд — AOI перевіряє з'єднання поверхневим монтажем (SMT); галтелі наскрізних отворів перевіряються візуально або, де важливі стволи, за допомогою рентгенівського дослідження на наявність формування верхнього/нижнього галтелів та заповнення ствола.

Проблема з об'ємом паяльної пасти в PiP (і її виправлення)

Ось у чому полягає головна складність. Наскрізний отвір – це відносно великий об'єм, який потрібно заповнити, залишивши галтель з обох боків плати, але звичайний трафарет друкує лише тонкий плоский шар (зазвичай товщиною 0.10–0.15 мм). Виріжте отвір розміром з контактну площадку, і більша частина цієї пасти падає прямо вниз по стволу; як тільки флюс вигорає під час оплавлення, металу для заповнення отвору не залишається достатньо, і з'єднання виходить голодним, без нижнього галтеля.

Асемблери заповнюють цю прогалину за допомогою трьох основних методів, часто в їх поєднанні:

Надпечатка

Отвір трафарету зроблено більший за кільцевий майданчик таким чином, додаткова паста друкується кільцем навколо отвору; під час оплавлення ця паста стікає в циліндр. Отвори для накладання можуть бути круглими, квадратними або краплеподібними, що зміщують пасту до отвору. Це найпоширеніший і найдешевший метод, оскільки він змінює лише малюнок трафарету.

Ступінчастий трафарет

Трафарет робиться локально товщим навколо отворів PiP — наприклад, трафарет 0.12 мм збільшений до 0.20 мм лише там — тому кожен друк наносить більше пасти, зберігаючи при цьому тонкі області поверхневого монтажу з дрібним кроком. Це коштує дорожче та вимагає ретельного розміщення сходинок, щоб ракель все ще герметизував, але забезпечував великі обсяги без надмірного займання.

Паяльні преформи

Для отворів з найбільшим обсягом (важкі роз'єми живлення, великі циліндри) використовується попередньо сформований шматок твердого припою — заготовка — додається поверх надрукованої пасти перед оплавленням. Він плавиться та доповнює пасту, заповнюючи бочки, які жоден розумний трафарет не зміг би заповнити самостійно.

Який би метод не використовувався, паста також повинна фізично досягати бочки, тому трафарети для лазерного різання Гладкі, добре звужені стінки отвору мають значення для PiP: чисті стінки вивільняють товстіший шар, а не залишають його половину прилиплою до трафарету.

Як розрахувати об'єм паяльної пасти для контакту в пасті

PiP – це один з небагатьох процесів складання, де вам дійсно потрібно розраховувати об'єм, а не покладатися на значення за замовчуванням. Логіка проста.

Спочатку розберіться з кінцевий об'єм припою потреби суглобів:

Необхідний припій = об'єм ствола + верхній зріз + нижній зріз − об'єм свинцю всередині ствола

Об'єм ствола – це отвір з гальванічним покриттям, який розглядається як циліндр; відніміть частину свинця, яка знаходиться всередині нього, і додайте невеликий припуск на закруглення, які повинні утворитися з кожного боку. Це дає об'єм твердий припій ви хочете в кінці.

По-друге, перетворити це на об'єм вологої пастиПаяльна паста — це суспензія металевого порошку у флюсі, і лише приблизно половина її об’єму — це метал, решта — це флюс, який випаровується під час паяння. Тому, як правило, вам потрібно приблизно двічі кінцевий об'єм припою у вологій друкованій пасті:

Об'єм вологої пасти ≈ 2 × необхідний об'єм припою (точний коефіцієнт залежить від вмісту металу в пасті — перевірте технічні характеристики)

По-третє, спроектуйте апертура та товщина трафарету Отже, один друк завдає цього об'єму вологої пасти. Об'єм апертури – це відкрита площа, помножена на товщину трафарету, тому ви компромісуєте розмір накладання з товщиною трафарету; якщо плоска апертура не може досягти цілі, не стаючи абсурдно великою, це сигнал для збільшення розміру трафарету або додавання преформи. Практичний висновок: ніколи не дозволяйте трафаретній майстерні вирізати апертури PiP за «розміром площадки» – визначте їх розмір на основі розрахунку об'єму, враховуючи співвідношення металу до флюсу в пасті.

Правила дизайну Pin in Paste: отвори, виводи та заборонені місця

Гарне зображення в зображенні починається з макета, а не з лінії. Кілька правил забезпечують придатність процесу для друку та надійність стиків:

• Відстань від отвору до виводу: Діаметр гальванічного отвору ≈ діаметр виводу + 0.20–0.25 мм для круглих виводів (трохи більше для квадратних/прямокутних). Занадто туго — вивод зіскрібає пасту зі стіни; занадто слабо — паста просипається, і з'єднання виснажується.
• Кільцеве кільце / прокладка: Використовуйте товсту подушечку для верхньої частини, щоб накладання мало де розміститися, забезпечуючи більший шар пасти та міцніше закруглення.
• Заборона на SMT: Тримайте контактні площадки SMT з дрібним кроком подалі від кільця накладання, щоб нанесена паста не могла потрапити на сусідню площадку.
• Відстань між компонентами: Залиште невеликий зазор під корпусом (або вкажіть деталь з виступами), щоб паста могла випустити флюс і утворити верхнє згинання; деталь, що лежить рівно, утримує його.
• Зазор знизу: Не розміщуйте нічого крихкого або високого безпосередньо під отвором PiP з протилежного боку — нижньому скругленню потрібен простір, і ця область повністю прогрівається паянням.
• Тепловий баланс: розвантажте великі мідні площини, що з'єднуються зі стволом за допомогою термоспиць, інакше ствол діє як радіатор і може не досягти температури паяння.

Це саме ті проблеми, які Огляд DFM і огляд зборів (DFA) зафіксуйте інструмент перед різанням, коли його зміна є вільною, а не повторним обертанням.

Які компоненти можна паяти за допомогою штифтів у пасті?

Найбільшим фактором, що впливає на герметизацію, є тепло. Компонент та його пластмаси повинні витримати повний пік оплавлення — зазвичай близько 245–260 °C для безсвинцевих сплавів SAC. Багато звичайних роз'ємів для наскрізних отворів... НЕ розраховані на це; їхні корпуси розм'якшаться, провиснуть або розплавляться. Виробники продають версії поширених роз'ємів, «сумісні з оплавленням» або «високотемпературні», спеціально для PiP, і саме їх слід вказувати.

Гарні кандидати – це деталі, придатні для оплавлення, з помірною тепловою масою та добре розташованими контактами: штифтові роз'єми, блочні роз'єми та міжплатні з'єднувачі, що продаються у версіях, сумісних з оплавленням, наскрізні роз'єми RJ45 та USB, розраховані на оплавлення, а також менші роз'єми живлення та клемні колодки, розраховані на використання в печі.

Погані кандидати — краще обробляються хвильовим, селективним або ручним паянням — включають роз'єми та пластмаси, не розраховані на температури оплавлення, дуже великі деталі з високою тепловою масою (великі трансформатори, важкі шини), які не досягають температури в нормальному профілі, деталі, що лежать плоско без вентиляційного шляху для флюсу, дуже великі корпуси, які навіть преформи важко повторюються, та все, що додається після оплавлення з механічних або випробувальних причин.

Коли плата поєднує кілька роз'ємів, сумісних з PiP, з однією деталлю, яка не підтримує перекомпонування, поширеною відповіддю є PiP, що можна використовувати, і вибірково паяти виняток, а не змушувати все використовувати один метод.

Паяння з контактним затискачем, хвильовим паянням та селективним паянням

PiP не завжди є правильним інструментом. Він конкурує з хвильовим паянням та селективним паянням, і найкращий вибір залежить від кількості деталей з наскрізними отворами та від того, чи можуть вони витримувати нагрівання паянням.

Корисне правило прийняття рішень: якщо деталі з наскрізним паянням придатні для оплавлення та їх небагато, PiP зазвичай є найдешевшим та найчистішим. Якщо деталей з наскрізним паянням багато, хвильове паяння все одно перемагає. Якщо невелика кількість деталей не витримує оплавлення, селективне паяння обробляє ці винятки, не оголюючи решту плати.

Послуги з пастоподібного складання на Highleap

Highleap Electronics — китайський виробник друкованих плат та друкованих плат у Гуанчжоу, який використовує технологію Pin in Paste в рамках змішаної технології. збірка під ключЦінність співпраці з виробником, який регулярно використовує PiP, полягає в тому, що обчислення об'єму та дизайн трафарету обробляються до складання плати, а не виявляються після партії «голодних» з'єднань.

• Трафаретна інженерія: трафарети для накладання та поетапного лазерного різання, розмір яких визначається на основі розрахунку об'єму пасти, а також преформи для паяння високооб'ємних стволів.
• Зворотній зв'язок DFM/DFA: співвідношення кількості отворів до виводів, захист від негерметичності, термічний захист та рейтинги паяння компонентів, перевірені на відповідність вашим розмірам.
• Профілювання переплавленням: профілі, налаштовані таким чином, щоб деталі з високою теплоізоляцією наскрізних отворів досягали температури без перегріву дрібнокаліберного поверхневого монтажу (SMT).
• огляд: Зона інтересу (AOI) на з'єднаннях поверхневого монтажу (SMT) та рентгенівський знімок, де потрібно перевірити заповнення бочки.
• Вибір процесу: чесні поради щодо того, коли PiP, хвильове паяння або селективне паяння є правильним методом для вашої конкретної плати.

Найчастіші запитання щодо закріплення та вставки (PiP)

Чи є паяння Pin in Paste тим самим, що й паяння оплавленням?

Він використовує паяння оплавленням, але цей термін стосується саме паяння. крізь отвір деталі в печі оплавлення шляхом друку пасти в отвори. Звичайний метод оплавлення припаює деталі для поверхневого монтажу; PiP розширює той самий прохід печі на компоненти з виводами, тому окремий крок хвильової або ручної пайки не потрібен.

Чому мої PiP-з'єднання виходять голодними або без нижнього філе?

Майже завжди недостатньо пасти. Плоский отвір розміром з контактну площадку не може заповнити циліндр. Виправте це, наклавши друк (більше кільце отвору навколо отвору), локально збільшивши трафарет або додавши заготовку для припою — і встановіть розмір отвору на основі розрахунку об'єму, який враховує, що паста приблизно наполовину складається з металу за об'ємом.

Чи можна будь-який наскрізний роз'єм припаяти за допомогою PiP?

Ні. Деталь повинна витримати повний пік оплавлення, зазвичай близько 245–260 °C для безсвинцевих матеріалів. Багато стандартних роз'ємів не розраховані на це і деформуються. Використовуйте версію роз'єму, сумісну з оплавленням, або «високотемпературну», яку виробники виготовляють спеціально для PiP.

Коли слід використовувати хвильове паяння замість PiP?

Коли плата має багато деталей з наскрізними отворами або деталей, які не витримують нагрівання оплавленням, PiP (паяння в пайку) є ефективним переважно на платах поверхневого монтажу з кількома деталями з виводами, стійкими до оплавлення. Зі збільшенням кількості наскрізних отворів паяння хвилею стає ефективнішим; за деякими винятками, чутливими до тепла, зазвичай рішенням є селективне паяння.