PCBA的熱設(shè)計(jì)解決方案及進(jìn)行組裝時(shí)要哪些問題

PCBA焊接加熱過程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生較大的溫度差，一旦這個(gè)溫度差超過標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)造成焊接不良，所以我們?cè)诓僮鞯臅r(shí)候必須控制好這個(gè)溫度差。PCBA的熱設(shè)計(jì)由很多部分構(gòu)造而成，每一個(gè)部分都有著不同的作用特點(diǎn)。如果這個(gè)溫度差比較大，就可能引起焊接不良，如QFP引腳的開焊、繩吸；片式元件的立碑、移位；BGA焊點(diǎn)的收縮斷裂等。同理，我們可以通過改變熱容量解決一些問題。

（1）熱沉焊盤的熱設(shè)計(jì)：在熱沉元件的焊接中，會(huì)遇到熱沉焊盤的少錫的現(xiàn)象，這是一個(gè)可以通過熱沉設(shè)計(jì)改善的典型應(yīng)用情況。

對(duì)于上述情況，可以采用加大散熱孔熱容量的辦法進(jìn)行設(shè)計(jì)。將散熱孔與內(nèi)層接地層連接，如果接地層不足6層。可以從信號(hào)層隔離出局部作散熱層，同時(shí)將孔徑減少到最小可用的孔徑尺寸。

（2）大功率接地插孔的熱設(shè)計(jì)：在一些特殊產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，插裝孔有時(shí)需要與多個(gè)地/電平面層連接。由于波峰焊接時(shí)引腳與錫波的接觸時(shí)間也就是焊接時(shí)間非常短，往往為2~3s，如果插孔的熱容量比較大，引線的溫度可能達(dá)不到焊接的要求，形成冷焊點(diǎn)。

為了避免這種情況發(fā)生，經(jīng)常用到一種叫做星月孔的設(shè)計(jì)，將焊接孔與地/電層隔開，大的電流通過功率孔實(shí)現(xiàn)。

（3）BGA焊點(diǎn)的熱設(shè)計(jì)：混裝工藝條件下，會(huì)出現(xiàn)一種特有的因焊點(diǎn)單向凝固而產(chǎn)生的“收縮斷裂”現(xiàn)象，形成這種缺陷的根本原因是混裝工藝本身的特性，但是可以通過BGA角部布線的優(yōu)化設(shè)計(jì)使之慢冷而加以改善。

根據(jù)案例提供的經(jīng)驗(yàn)，一般發(fā)生收縮斷裂的焊點(diǎn)位于BGA的角部，可以通過加大BGA角部焊點(diǎn)的熱容量或降低熱傳導(dǎo)速度，使其與其他焊點(diǎn)同步或后冷卻。從而避免因先冷卻而引起其在BGA翹曲應(yīng)力下被拉斷的現(xiàn)象發(fā)生。

4）片式元件焊盤的設(shè)計(jì)：片式元件隨著尺寸越來越小，移位、立碑、翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)象越來越多。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生與許多因素有關(guān)，但焊盤的熱設(shè)計(jì)是影響比較大的一個(gè)方面。

如果焊盤的一端與比較寬的導(dǎo)線連接，另一端與比較窄的導(dǎo)線連接，那么兩邊的受熱條件就不同，一般而言與寬導(dǎo)線連接的焊盤會(huì)先熔化（這點(diǎn)與一般的預(yù)想相反，一般總認(rèn)為與寬導(dǎo)線連接的焊盤因熱容量大而后熔化，實(shí)際上寬的導(dǎo)線成了熱源，這與PCBA的受熱方式有關(guān)），先熔化的一端產(chǎn)生的表面張力也可能將元件移位甚至翻轉(zhuǎn)

（5）波峰焊接對(duì)元件面的影響

①BGAO：0.8mm及其以上引腳中心距的BGA大部分引腳都是通過導(dǎo)通孔與線路層進(jìn)行連接的。波峰焊接時(shí)，熱量會(huì)通過導(dǎo)通孔傳遞到元件面上的BGA焊點(diǎn)。根據(jù)熱容量的不同，有些沒有熔化、有些半熔化，在熱應(yīng)力作用下很容易斷裂失效。

②片式電容：片式電容對(duì)應(yīng)力非常敏感，容易受到機(jī)械和熱應(yīng)力的作用而開裂。隨著托盤選擇波峰焊接的廣泛使用，在托盤開窗邊界處的片式元件很容易因熱應(yīng)力而斷裂。

PCBA的組裝要考慮哪些問題：

焊膏印刷工藝，主要解決的是焊膏印刷量一致性的問題（填充與轉(zhuǎn)移），而不是每個(gè)焊點(diǎn)對(duì)焊膏量的需求問題。換句話說，焊膏印刷工藝解決的是一個(gè)焊接直通率波動(dòng)的問題，而不是直通率高低的問題。要解決直通率高低的問題，關(guān)鍵在于焊膏分配，既通過焊盤、阻焊與鋼網(wǎng)開窗的優(yōu)化與匹配設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)焊點(diǎn)按需分配焊膏量。當(dāng)然，焊膏量的一致性與設(shè)計(jì)也有關(guān)聯(lián)，PCB阻焊的不同設(shè)計(jì)提供的工藝能力指數(shù)不同。

1.面積比

面積比是指鋼網(wǎng)開窗面積與開窗孔壁面積之比，見下圖：

2.轉(zhuǎn)移率

轉(zhuǎn)移率是指印刷時(shí)鋼網(wǎng)開窗內(nèi)焊膏被沉積到焊盤上的比率，用實(shí)際轉(zhuǎn)移的焊膏量與鋼網(wǎng)開窗體積之比表示。

3.面積比對(duì)轉(zhuǎn)移率的影響

面積比是影響焊膏轉(zhuǎn)移的重要因素，工程上一般要求面積比大于0.66，

在此條件下可獲得70%以上的轉(zhuǎn)移率，見下圖：

4.面積比對(duì)設(shè)計(jì)的要求

面積比對(duì)鋼網(wǎng)的設(shè)計(jì)有要求，主要影響精細(xì)間距元件。為了保證微細(xì)焊盤鋼網(wǎng)開窗的面積比要求，鋼網(wǎng)的厚度必須符合面積比的要求。這樣對(duì)需要焊膏量比較多的元件，就需要通過增加鋼網(wǎng)開窗面積的方式增加焊膏量—這就要求焊盤周圍變形有空間，這是元件間距設(shè)計(jì)的一個(gè)主要考慮因素。

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