【机械行业标准(JB)】 无铅波峰焊接通用工艺规范

ICS31.180
备案号：23055—2008
中华人民共和国机械行业标准
JB/T7488-2008
代替JB/T7488-—1994
无铅波峰焊接通用工艺规范
General technological specification for lead-free wavesoldering2008-02-01发布
2008-07-01实施
中华人民共和国国家发展和改革委员会发布前言，
1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
4无铅波峰焊接工艺要求
4.1无铅波峰焊对无铅焊料、印制电路板等关键原材料的要求.4.2无铅工艺对波峰焊设备的要求，5无铅波峰焊接的工艺流程和工艺控制5.1无铅波峰焊接的一般工艺流程...5.2无铅波峰焊接的工艺控制..
6无铅波峰焊接电子组装件产品的质量检验6.1无铅波峰焊接电子组装件的焊接质量要求，6.2无铅波峰焊接焊点的质量要求附录A（资料性附录）无铅波峰焊接常见的主要缺陷与对策.A.1焊料球
漏焊（不润湿）
A.4拉尖..
A.5焊缝起翘与焊盘起翘
A.6表面粗糙与裂纹.
图1无铅波峰焊接温度曲线示意图图2无铅焊点的润湿角示意图
图3满足目标条件的金属化孔填充...图4满足可接受条件的金属化孔填充图5孔壁表面的焊锡润湿不良
图6满足目标条件1，2，3级
图7满足可接受条件—1，2，3级图8满足1级要求，2，3级为缺陷，图A.1
元件上的焊料球
图A.2器件引脚间的焊料球，
图A..3元件端头间的桥连.
图A.4器件引脚之间的桥连.
图A.5印制电路板焊盘无焊料.
元件端头无焊料
元件端头焊料拉尖，
印制电路板焊盘焊料拉尖
焊料与焊盘间局部翘起
焊料与焊盘间翘起
JB/T7488—2008
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焊盘与印制电路板之间分离，
图A.12无铅焊点表面上的粗糙与裂纹表1在电子产品生产中推荐使用下列的无铅焊料合金表2无铅印制电路板焊盘表面镀（涂）层.：表3无铅元器件焊端表面镀层
表4带引脚的金属化孔
焊接最低可接受条件
表5检查用的放大倍数（焊盘宽度）I
JB/T7488—2008
本标准代替JB/T7488—1994《波峰焊工艺规范》。与JB/T7488—1994相比，主要变化如下：一对于无铅波峰焊接的设备、无铅焊料、印制电路板以及元器件的无铅要求，无铅焊接的工艺控制和质量控制的原则和方法，以及无铅焊点的质量评价标准和检验方法进行了较为详细的补充和修改。
操作方法与要求，无铅波峰焊接与锡铅波峰焊接没有大的区别，未作详细表述。本标准的附录A为资料性附录。
本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由机械工业仪器仪表元器件标准化技术委员会归口。本标准起草单位：西安中科麦特电子技术设备有限公司、沈阳仪表科学研究院。本标准主要起草人：曹继汉、曹捷、张国琦、麻树波、徐秋玲。本标准所代替标准的历次版本发布情况：JB/T7488—1994。
1范围
无铅波峰焊接通用工艺规范
JB/T7488—2008
本标准规定了电子组装件产品（简称为产品）在进行无铅波峰焊焊接时应遵循的工艺要求和质量检查规范。
本标准适用于以印制电路板（PCB）为组装基板的电子组装件的无铅波峰焊接加工和质量检验。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。IPC一A-610D电子组装件的验收条件3术语和定义
IPC一A一610D确立的及下列术语和定义适用于本标准。3.1
电子组装件产品分级productsclassificationofelectronicassemblies根据产品的使用功能条件、制造经济成本和质量成本，将电子组装件产品分成的级别。电子组装件产品可分为三个等级：
1级：通用类电子产品，指组装完整，以满足使用功能为主要要求的产品。2级：专用服务类电子产品，该产品需有持续的性能和持久的寿命，需要不间断服务，但允许间歇。通常在最终使用环境下不会失效。3级：高性能电子产品，指具有持续的高性能或能严格按指令运行的设备和产品，不允许停歇，最终使用环境异常苛刻，需要时设备必须有效，例如生命救治和其他关键（危急）设备系统，3.2
电子组装件产品的质量分级qualityclassificationforproductsofelectronicassemblies根据产品的验收条件，将电子组装件产品质量分成的级别。各级别产品均分有四级验收条件：目标条件、可接受条件、缺陷条件和过程警示条件。3.3
目标条件targetcondition
指产品接近完美/优选状态，它是期望达到但不是总能达到的条件。在使用环境下，并不是为保证产品的可靠性而必须的。
可接受条件acceptablecondition指产品在使用环境下保证完整和可靠，但不是必须完美3.5
缺陷条件defectcondition
指产品在最终使用环境下，不能保证其完整、安装或功能的状态。缺陷条件必须根据设计、服务和用户要求，由制造者进行返工、修理、报废或者“照章处理”。修理或“照章处理”需经用户认可。1级产品拒收条件自然成为2、3级产品拒收条件：2级产品拒收条件自然成为3级产品拒收条件。1
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过程警示条件processindicatorcondition过程警示是指虽没有影响到产品的完整、安装和功能，但存在不符合要求条件（非拒收）的情况。一由于材料、设计和（或）操作（或设备）原因造成的，既不能完全满足接受条件又非属于拒收条件的情况。
一应将过程警示项目作为过程控制的一部分而对其实行监控，并且当工艺过程中有关数据发生异常变化或出现不理想趋势时，必须对其进行分析并根据结果采取改善措施。单一性过程警示项目不需要进行特别处理，其相关产品可“照章处理”。一各种过程控制方法常常被用于计划、实施以及对于电气和电子组装件焊接、生产过程的评估。事实上，不同的公司，不同的实施过程以及对相关过程控制和最终产品性能不同的考虑都将影响到对实施策略、使用工具和技巧不同程度的应用。制造者必须清楚掌握对现有过程的控制要求并采取有效的持续改进措施。
无铅焊料lead-freesolder
以锡(Sn)为基体，添加了银（Ag）、铜（Cu）、锑（Sb）、铟（In）等其他合金元素，而铅（Pb）的含量（质量分数）在0.1%以下，主要用于电子组装的焊料合金。3.8
主面primaryside
总设计图上规定的封装互连构件面（通常为最复杂、元器件最多的一面。在通孔插装技术中称作“元件面”或“焊接终止面”）。
辅面secondaryside
与主面相对的封装互连构件面（在通孔插装技术中称作“焊接面”或“焊接起始面”）。3.10
焊接起始面soldersourceside
印制电路板用于焊接的那一面。通常是印制电路板进行波峰焊、浸焊或拖焊的辅面。印制电路板采用手工焊接时，焊接起始面也可能是主面。必须明确焊接的起始面或终止面。3.11
焊接终止面solderdestinationside印制电路板焊锡流向的那一面。通常是印制电路板进行波峰焊、浸焊或拖焊的主面。印制电路板采用手工焊接时，焊接终止面也可能是辅面。当使用某些工艺规范时，必须明确焊接的起始面或终止面。3.12
coldsolderingconnection
冷焊连接
一种呈现很差的润湿性、表面出现灰暗色、疏松的焊点连接。出现这种现象是由于焊锡中杂质过多，焊接表面污染以及（或者）焊接过程中热量不足而导致的。3.13
电气间隙electricalclearance
在本文将非绝缘导体（如图形、材料、紧固件或残留物）之间的最小间距称为最小电气间隙。绝缘材料必须提供足够的电气间隔。任何违背最小电气间隙的都是缺陷状态。3.14
裂隙cracking
条裂隙或微裂隙是一种出现在焊点表面上裂缝形的小切口或小间隙，裂隙的深度比其宽度要深些。条裂隙的形成是由于焊盘在焊接过程中发生移动造成的。微裂隙则是焊点在固化过程中多种因素作用在2
焊点上造成的。
焊缝起翘filletlift
焊接后PCB焊盘处焊料与焊盘之间局部翘起形成的楔状间隙。3.16
焊点开裂soldercracking
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平行于印制电路板板面称为裂隙或微裂隙的小间隙，它通常在焊接后印制电路板温度回复至环境温度后出现在焊点表面上。
焊盘pad
印制电路板上使被安装元器件的引脚通过焊料相连形成焊接点的铜箱部分。大多数焊盘都与印制导线或金属化孔相连。
焊缝（焊脚）
solderfillet
焊点内与焊盘、金属化孔、引脚相连的焊料部分称为焊缝，也称为焊脚。3.19
焊点solderbounding
包括焊盘、金属化孔、引脚以及焊接时形成的焊料层（块）在内的整体称为焊接点，又称为焊点。4无铅波峰焊接工艺要求
4.1无铅波峰焊对无铅焊料、印制电路板等关键原材料的要求4.1.1无铅波峰焊对无铅焊料的要求4.1.1.1无铅波峰焊采用下列无铅焊料合金在电子产品生产中推荐使用的无铅焊料合金见表1。表1在电子产品生产中推荐使用下列的无铅焊料合金选择方案
备选1
备选2
波蜂焊接
Sn/Ag/Cu
Sn/Cu/Ni
手工焊接(树脂芯焊丝）
Sn/Ag/Cu
Sn/Cu/Ni
表1所列无铅焊料合金都可以按照实际需要，由生产商制成生产线上常用的形式，如手工焊用的焊料丝、再流焊用的焊膏的主要组分之一一焊料粉末、波峰焊用的焊料条等。电子组装件无铅波峰焊采用的焊条和焊丝，推荐采用96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu近共晶无铅焊料和99.3Sn/0.7Cu共晶无铅焊料，其熔点分别为216℃～218℃和227℃。4.1.1.2无铅焊料的物料管理和使用对于有铅、无铅两种工艺并存的企业，务必制定严格的物料管理制度，不能把有铅、无铅的焊料、焊丝和元器件混淆存放和管理。无铅的焊料、焊丝和元器件的存放、管理和使用按照有关的规范执行。4.1.2无铅波峰焊对印制电路板（PCB）的要求4.1.2.1无铅波峰焊用印制电路板焊盘表面镀（涂）层无铅焊接要求印制电路板焊盘表面镀层材料也要无铅化，目前主要用非铅金属或无铅焊料合金取代Pb-Sn热风整平(HASL)、化学镀Ni和浸镀金(ENIC)、Cu表面涂覆OSP涂层、浸银(I-Ag)和浸锡(I-Sn)，如表2所列。
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表2无铅印制电路板焊盘表面镀（涂）层无铅印制电路板焊盘表面镀（涂）层无铅HASL
Cu表面涂覆OSP（有机助焊保护膜）浸银（I-Ag）
浸锡（I-Sn）
对于1级、2级产品，建议采用Cu表面涂覆OSP、无铅HASL、浸银(I-Ag)、浸锡(I-Sn)。其可焊性不合格的印制电路板，返修合格后允许重复使用一次。对于3级产品，建议采用NiAu镀层、OSP（第五代以上），或者二者组合镀（涂）层。其可焊性不合格的印制电路板，不得返修使用。具有以上无铅镀（涂）层的印制电路板的存放、保管和使用期限应该符合有关规定，在规定的使用期限内应该保证无铅镀（涂）层可焊性的有效性。4.1.2.2无铅波峰焊工艺对印制电路板的选择要求无铅工艺对印制电路板的选择要求是：无铅工艺要求较高的玻璃化转变温度Tg。应选择T,较高的印制电路板基板材料：要求低的热膨胀系数CTE（Coefficientofthethermalexpansion)：高耐热性，FR-4普通基材印制电路板的极限温度为240℃，对于1级、2级产品，峰值温度235℃～240℃可以满足要求，对于3级以及复杂产品，需要采用耐热温度更高的无铅FR-4覆铜板（经288℃、10s的热应力测试，热分层时间大于30min），或者采用耐高温的FR-5普通基材：
低成本。
无铅印制电路板的设计和使用应该符合有关规范的要求。无铅焊接使用的印制电路板的存放、运输、保管和使用期限与普通印制电路板的要求相同。对于带有再流工序的，即通孔插装元器件与细间距元器件混装的组装件，需要贴装细间距元器件的印制电路板，其扭曲度不能超过板对角线的0.75%。而对于一般组装印制电路板，其扭曲度不能超过板对角线的1.5%。4.1.3无铅元器件焊端表面镀层
无铅焊接对元器件焊端表面镀层的要求：a）无铅：
b）抗氧化；
c）耐高温(260℃);
d）与无铅焊料生成良好的界面合金，波峰焊常用的无铅元器件焊端表面镀层，如表3所列。表3无铅元器件焊端表面镀层
元器件引线（焊端）材料
42号合金钢
有引线元器件焊端无铅表面镀层Sn、Sn/Ag、Sn/Cu
Ni/Pd/Au、Sn/Ag、Sn/Cu
Sn/Ag/Cu、Ni/Pd
常用无铅元器件的保管使用要求：4
无引线元器件焊端无铅表面镀层Sn
Ni/Pd/Au、
Sn/Ag、Sn/Bi
Sn/Ag或Sn/Ag/Cu
Sn/Bi或Sn/Ag/Bi
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a）无铅焊接使用的各种电子元器件的存放、保管和使用期限与普通电子元器件的要求相同：b）对静电敏感器件和潮湿感敏器件的存放、保管和使用期限应符合相应的防静电要求和相应的湿敏器件的保管、操作要求；
c）具有以上无铅涂层的电子元器件的存放、保管和使用期限应符合有关规定，在规定的使用期限内保证元器件引线（焊端）可焊性的有效性。4.2无铅工艺对波峰焊设备的要求4.2.1原则
无铅工艺不能使用传统的波峰焊机。无铅波峰焊接焊料常用99.3Sn/0.7Cu合金，其熔点为227℃。4.2.2预热系统及温度控制精度
无铅波峰焊采用红外或者红外和强制热风的预热系统，预热区长度大于1.4m以上，预热区分段独立闭环控制。预热系统的温度控制精度要求达到土2℃。4.2.3锡炉喷口结构及焊料槽的温度控制精度采用双波峰喷口结构。第一波峰为通常的紊流波，第二波峰为层流宽平波。加宽波蜂口，两个波峰口间距减小到60mm左右，使两波峰之间的焊锡相距30mm左右。焊接时两波峰之间的温度跌落（下降）最大不超过30℃。焊料波峰的动力源可以采用机械泵，也可以采用电磁泵。焊料槽的温度控制精度达到土2℃。
4.2.4氧化与锡渣分流
采用新型喷口结构和锡渣自动聚积流向的分离设计，正常工作情况下使锡的氧化渣量减少到每8h低于3kg。
采用电磁泵波峰焊机，焊料少，波峰运动平稳，产生的氧化锡渣量少。除了各项性能完全可以达到机械泵波峰焊机的水平外，节约能源和焊料是最大优点。4.2.5增加抗腐蚀性措施
高温下高Sn含量的无铅焊料对Fe有很强的溶解能力。无铅波峰焊用焊槽材料可采用铸铁并镀以表面防护层，喷嘴、叶轮等与焊料摩擦的部件应尽可能采用钛合金材料。4.2.6助焊剂和伺服电机驱动助焊剂喷涂系统a）对助焊剂中的活性剂成分进行调整以适用于高温，即提高活性剂的活化温度；b）宜采用专为无铅焊接研制的免清洗助焊剂，该助焊剂固体含量低、不含卤素、挥发完全，也不含任何树脂、松香和其他合成物质，焊后无残留物；c）助焊剂的涂布最好使用喷雾喷涂系统（有超声波喷雾和单独喷雾），采用喷雾法进行助焊剂的喷涂，它可以传送足够的精细助焊剂微粒深人到通孔内部。施用助焊剂的量应该控制在大约（300～750）mg/dm2。助焊剂喷涂系统采用步进伺服电动机驱动、微机控制，喷涂速度、喷涂宽度和喷涂量可自动跟踪调整；d）采用上下抽风、两级不锈钢丝网过滤的助焊剂回收系统，适合各种无VOC（挥发性化合物）的环保助焊剂和挥发性物质含量很低的水溶性助焊剂的喷涂。4.2.7氮气保护
波峰区域局部采用氮气保护，可提高无铅焊料的润湿性，减少焊料氧化渣的生成。4.2.8焊后冷却系统
为避免通孔插装印制电路板波峰焊接后焊盘处发生焊缝或焊盘剥离现象，焊机出口处应加装冷却系统。一般采用风力强制冷却，冷却速率在（2～8）℃C/s，根据组装件的具体情况确定5无铅波峰焊接的工艺流程和工艺控制5.1无铅波峰焊接的一般工艺流程5.1.1单纯通孔插装元器件的组装件5
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元器件引脚成型——印制电路板准备通孔元器件插装——波峰焊接——清洗——检验。5.1.2通孔插装元器件与小型片式元器件混装的组装件元器件引脚成型—印制电路板准备点贴装胶—小型片式元器件贴装—一贴装胶固化翻板——通孔元器件插装——波峰焊接—清洗—检验。5.1.3通孔插装元器件与细间距元器件混装的组装件元器件引脚成型印制电路板准备（大细间距元器件处点贴装胶）印刷焊膏—细间距元器件贴装——再流焊接——通孔元器件插装—波峰焊接—清洗检验。5.2无铅波峰焊接的工艺控制
5.2.1工艺控制原则
无铅波峰焊机以及无铅波峰焊接的操作程序、操作方法及要求与传统的锡铅波峰焊完全相同，其操作可以按照锡铅波峰焊的有关规定执行。对与传统的锡铅波峰焊不同的主要工艺参数要特别关注。本标准所述的温度为印制电路板或元器件上的实际温度。5.2.2无铅波峰焊接主要参数的确定5.2.2.1预热
印制电路板元器件预热温度应该控制在130℃～150℃（焊接面），预热时间一般为3min左右，以保证清除易挥发溶剂等物质，使助焊剂发挥作用，给焊接件提供足够的初始温度。5.2.2.2保温
保温区温度在10s～30s范围内，应控制在150℃～170℃，使焊剂充分发挥作用，焊接件进一步吸收足够的热量，降低不同热容量元器件之间的温度差。5.2.2.3焊接
焊接温度应控制在250℃土2℃（实测元器件焊点温度230℃～240℃之间），无铅波峰焊接时焊料浸润时间为4s，不得小于3s。
5.2.2.4焊料槽
焊料槽温度应在240℃～260℃的范围内可调。焊料量应该随时监控，保证足够的焊料，满足压锡深度的要求。应定期监控焊料槽中无铅焊料中杂质的含量，特别关注无铅焊料中Pb（铅）、Bi（铋）不超过新进厂的无铅焊料的原有含量。5.2.2.5波峰高度
波峰高度一般不得超过14mm，不得低于5mm，8mm～10mm为佳。5.2.2.6压锡深度
印制电路板压入波峰的深度一般为印制电路板厚度的1/2～2/3为宜。5.2.2.7传送速度
无铅波峰焊机的传送速度应保证工艺要求的预热、焊接时间以及保证焊接件与波峰的正确分离。单面板的传送速度为1.0m/min~2.0m/min，双面板的传送速度为0.8m/min~1.6m/min，一般传送速度为1.2m/min左右。
5.2.2.8焊后冷却
组装件焊接之后要使其快速冷却，一般采用自然风强制冷却，冷却速率在2℃/s～5℃/s，根据产品的具体情况确定，以避免焊缝起翘或焊盘剥离。5.2.3无铅波峰焊接温度曲线参数的设定无铅波峰焊接温度曲线应该能够根据产品的不同要求进行不同的设置、调整和优化，如图1所示。从预热段到焊接前的温度跌落（下降）最大不超过5℃，即dT<5℃。两波峰焊接之间的温度跌落最低点不低于焊料的熔化温度，即dT<15℃。两波峰焊接时间之和一般为（4士1）S，不得小于3s（t2十t>3s）。焊接时波峰的峰值温度与预热温度之差小于100℃（T3-T<100℃）。6
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时间s
图中：T>150℃T2>220℃T=250℃±2℃T>230℃T<80℃dT,<5℃dT2<15℃>60s1+>3s~5sT-T<100℃图1无铅波峰焊接温度曲线示意图5.2.4无铅波峰焊接的后工序管理5.2.4.1无铅波峰焊后组装件的清洗波峰焊、返修形成的助焊剂残留物，在潮湿环境和一定电压下，导电体之间可能会发生电化学反应，引起表面绝缘电阻（SR）的下降。如果有电迁移和枝状结晶（锡须）生长的出现，将发生导线间的短路。为了保证电气可靠性，对1级、2级产品，在使用松香助焊剂或免清洗助焊剂时可不进行清洗，对3级产品以及需要覆形涂覆的产品，不论使用何种助焊剂必须进行清洗。对含有集成电路的组装件清洗时不能使用超声波。
5.2.4.2无铅波峰焊接组装件的补装（焊）与返修a）选择适当的返修与补装（焊）设备和工具：b）正确使用返修与补装（焊）设备和工具：c）正确选择焊剂、焊锡丝等材料，最好使用与无铅波峰焊时相同的无铅合金材料；d）正确设置焊接参数。
以上的选择要适应无铅焊料的高熔点和低润湿性。返修、补装（焊）过程中不能损害原有的装配件，一定要将任何潜在的、对元件和印制电路板的可靠性产生不利影响的因素降至最低。5.2.4.3无铅波峰焊组装件的覆形涂覆对于有覆形涂覆要求的无铅波峰焊组装件，按照有关企业的设计、工艺文件或合同书执行。6无铅波峰焊接电子组装件产品的质量检验6.1无铅波焊接电子组装件的焊接质量要求无铅波峰焊接电子组装件的焊接质量稳定，焊点无虚焊、漏焊和桥连；印制电路板以及其元器件、导线等应该无损伤、焦糊现象；-无铅波峰焊接电子组装件及印制电路板应无严重变形、翘曲、分层：印制电路板面上无过多的焊料球或焊料杂物污染物；印制电路板焊盘和印制导线上不需要焊料润湿的部位，如焊盘的外沿、导通孔外沿的周边等不影响焊点的形成和质量的地方，允许暴露原有的表面镀（涂）层。6.2无铅波峰焊接焊点的质量要求7
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6.2.1焊点的通用验收标准
无铅合金工艺和锡铅合金工艺的焊点形成时，使用的各种焊料合金一般可能从接近0°接触角到接近90°接触角铺展开来。可接受的焊点必须表现出焊料对被焊表面有明显的润湿和粘附证据。a）焊点的润湿角（焊料对元件和焊料对PCB焊盘）不能超过90°，如图2中的A和B。当焊料的周边扩展到可焊区域或阻焊膜的边缘上时，焊点的润湿角可能超过90°，如图2中的C和D，这种情况属于例外。
图2无铅焊点的润湿角示意图
b）无铅合金工艺和锡铅合金工艺形成的焊点之间的主要差别是焊点的外观。典型的锡铅焊点具有闪亮的光泽，平滑的外观，表现出被焊物体之间凹月面状的润湿状态。但无铅合金焊点呈现细粒状或无光泽的粗糙表面。
c）无铅合金焊点呈现比锡铅合金焊点较大的润湿接触角。d）无铅合金焊点上的裂纹、气孔、和砂眼比锡铅焊点多。但是，只要这些裂纹、气孔、和砂眼不与引线、焊盘等相通，就认为是可接受的。e）焊缝的其他要求都是相同的，即焊料量适中，焊点内的引脚或引线轮廊清晰可辨。6.2.2金属化孔焊点的验收标准
6.2.2.1互联金属化孔焊点的验收标准用于层间表面互联的金属化孔，可采用阻焊膜或阻焊胶覆盖的方法，使之与焊锡隔离。金属化孔或无引脚的通孔，在经过焊接后应满足可接受性要求，如图3和图4所示。目标—1，2，3级
通孔内焊锡完全填充：
焊盘上部有良好润湿。
图3满足目标条件的金属化孔填充可接受—1，2，3级
通孔表面的焊锡润湿良好。
图4满足可接受条件的金属化孔填充8
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