PCB電阻焊設計PCBA可製造性研究

隨著現代電子技術的飛速發展, PCBA 也在朝著高密度、高可靠性的方向發展。 雖然目前的PCB和PCBA製造技術水平已經有了很大的提升,但是傳統的PCB焊接工藝不會對產品的可製造性造成致命的影響。 但是,對於引腳間距非常小的器件,PCB焊墊和PCB擋片設計不合理會增加SMT焊接工藝的難度,增加PCBA表面貼裝加工的質量風險。

印刷電路板

針對PCB焊墊和阻焊墊設計不合理可能導致的可製造性和可靠性問題,可根據PCB和PCBA的實際工藝水平,通過優化器件封裝設計來避免可製造性問題。 優化設計主要從兩個方面進行,一是PCB LAYOUT優化設計; 二、PCB工程優化設計。 封裝設計根據 IPC 7351 標準封裝庫並參考器件規格中推薦的焊盤尺寸。 為了快速設計,Layout 工程師應該根據推薦的尺寸增加焊盤的尺寸來修改設計。 PCB焊墊長寬增加0.1mm,塊焊墊長寬在焊墊的基礎上增加0.1mm。 常規PCB電阻焊工藝要求焊盤邊緣覆蓋0.05mm,兩個焊盤中間橋接大於0.1mm。 在PCB工程設計階段,當焊盤尺寸無法優化,兩焊盤中間焊橋小於0.1mm時,PCB工程採用組焊板開窗設計處理。 當兩個焊盤邊緣間距大於0.2mm焊盤時,按常規焊盤封裝設計; 當兩個焊盤邊緣距離小於0.2mm時,需要進行DFM優化設計。 DFM優化設計方法有助於焊盤尺寸的優化。 確保焊接過程中的助焊劑在製造PCB時可以形成最小的阻隔焊盤。 當兩焊盤邊距大於0.2mm時,按常規要求進行工程設計; 當兩個焊盤邊緣的距離小於0.2mm時,需要進行DFM設計。 工程設計的DFM方法包括阻焊層設計優化和助焊層切銅。 切銅尺寸必須參考設備規格。 切銅焊盤應在推薦焊盤設計的尺寸範圍內,PCB阻焊設計應為單焊盤窗口設計,即焊盤之間可以覆蓋阻橋。 確保在PCBA製造過程中,兩個焊盤之間有阻焊橋進行隔離,避免焊接外觀質量問題和電氣性能可靠性問題。 焊接組裝過程中的焊接電阻膜可以有效防止焊橋短接,對於高密度PCB的細間距引腳,如果引腳之間的開路焊橋被隔離,PCBA加工廠無法保證局部焊接質量產品。 對於高密度細間距引腳開焊隔離的PCB,目前PCBA製造廠判定PCB來料有缺陷,不允許在線生產。 為規避質量風險,如客戶堅持上線,PCBA製造廠將不保證產品的焊接質量。 預計PCBA工廠製造過程中的焊接質量問題將通過協商解決。

案例分析:

器件規格書本尺寸,器件引腳中心間距:0.65mm,引腳寬度:0.2~0.4mm,引腳長度:0.3~0.5mm。 焊盤尺寸為0.8*0.5mm,焊盤尺寸為0.9*0.6mm,器件焊盤中心間距為0.65mm,焊盤邊緣間距為0.15mm,焊盤邊緣間距為0.05mm,單邊焊盤寬度增加0.05mm。 根據常規焊接工程設計,單邊焊墊尺寸應大於焊墊尺寸0.05mm,否則存在焊劑覆蓋焊墊的風險。 如圖5所示,單邊焊接寬度為0.05mm,滿足焊接生產加工的要求。 但是,兩個焊盤邊緣的距離只有0.05mm,不符合最小電阻焊橋的工藝要求。 工程設計直接設計整排芯片引腳設計進行組焊板窗口設計。 根據工程設計要求制板並完成SMT貼片。 通過功能測試,芯片焊接故障率在50%以上。 再通過溫度循環實驗,也可以篩選出5%以上的不良率。 第一選擇是分析器件外觀(20倍放大鏡),發現芯片相鄰引腳之間有錫渣和銲渣。 其次,對產品故障進行分析,發現是芯片引腳短路燒毀的故障。 參考IPC 7351標準封裝庫,幫助焊盤設計為1.2mm*0.3mm,塊焊盤設計為1.3*0.4mm,相鄰焊盤中心距為0.65mm。 通過以上設計,單邊焊接0.05mm尺寸滿足PCB加工工藝要求,相鄰焊邊間距0.25mm尺寸滿足焊橋技術要求。 增加焊橋冗餘設計,可以大大降低焊接質量風險,從而提高產品的可靠性。 輔助焊墊寬度剪銅,調整電阻焊墊尺寸。 確保器件兩個焊盤之間的邊緣大於0.2mm,器件兩個焊盤之間的邊緣大於0.1mm。 兩個焊盤的焊盤長度保持不變。 可滿足PCB電阻焊單板窗口設計的可製造性要求。 針對上述焊盤,通過上述方案對焊盤和電阻焊設計進行了優化。 相鄰焊盤邊距大於0.2mm,電阻焊焊盤邊距大於0.1mm,可滿足電阻焊橋製造工藝要求。 從PCB LAYOUT設計和PCB工程設計優化阻焊設計後,組織補給相同數量的PCB,按照相同的工藝完成貼裝生產。