PCB阻焊設(shè)計(jì)對PCBA可制造性研究

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCBA也向著高密度高可靠性方面發(fā)展。雖然現(xiàn)階段PCB和PCBA制造工藝水平有很大的提升，常規(guī)PCB阻焊工藝不會對產(chǎn)品可制造性造成致命的影響。但是對于器件引腳間距非常小的器件，由于PCB助焊焊盤設(shè)計(jì)和PCB阻焊焊盤設(shè)計(jì)不合理，將會提升SMT焊接工藝難度，增加PCBA表面貼裝加工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于這種PCB助焊和阻焊焊盤設(shè)計(jì)的不合理帶來的可制造性和可靠性隱患問題，結(jié)合PCB和PCBA實(shí)際工藝水平，可通過器件封裝優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)避可制造性問題。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要從二方面著手，其一，PCB LAYOUT優(yōu)化設(shè)計(jì)；其二，PCB工程優(yōu)化設(shè)計(jì)。

PCB LAYOUT設(shè)計(jì)

依據(jù)IPC 7351標(biāo)準(zhǔn)封裝庫并參考器件規(guī)格書推薦的焊盤尺寸進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)。為了快速設(shè)計(jì)，Layout工程師優(yōu)先按照推薦的焊盤尺寸上進(jìn)行加大修正設(shè)計(jì)，PCB助焊焊盤設(shè)計(jì)長寬均加大0．1mm，阻焊焊盤也在助焊焊盤基礎(chǔ)上長寬各加大0．1mm。如圖一所示：

（圖一）

PCB工程設(shè)計(jì)

常規(guī)PCB阻焊工藝要求覆蓋助焊焊盤邊沿0．05mm，兩個(gè)助焊盤阻焊中間阻焊橋大于0．1mm，如圖二（2）所示。在PCB工程設(shè)計(jì)階段，當(dāng)阻焊焊盤尺寸無法優(yōu)化時(shí)且兩個(gè)焊盤中間阻焊橋小于0．1mm，PCB工程采用群焊盤式窗口設(shè)計(jì)處理。如圖二（3）所示：

（圖二）

PCB LAYOUT設(shè)計(jì)要求

當(dāng)兩個(gè)助焊焊盤邊沿間距大于0．2mm以上的焊盤，按照常規(guī)焊盤對封裝進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)兩個(gè)助焊焊盤邊沿間距小于0．2mm時(shí)，則需要進(jìn)行DFM優(yōu)化設(shè)計(jì)，DFM優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有助焊和阻焊焊盤尺寸優(yōu)化。確保PCB制造時(shí)，阻焊工序的阻焊劑能夠形成最小阻焊橋隔離焊盤。如圖三所示：

（圖三）

PCB工程設(shè)計(jì)要求

當(dāng)兩助焊焊盤邊沿間距大于0．2mm以上的焊盤，按照常規(guī)要求進(jìn)行工程設(shè)計(jì)；當(dāng)兩焊盤邊沿間距小于0．2mm，需要進(jìn)行DFM設(shè)計(jì)，工程設(shè)計(jì)DFM方法有阻焊層設(shè)計(jì)優(yōu)化和助焊層削銅處理；削銅尺寸務(wù)必參考器件規(guī)格書，削銅后的助焊層焊盤應(yīng)在推薦焊盤設(shè)計(jì)的尺寸范圍內(nèi)，且PCB阻焊設(shè)計(jì)應(yīng)為單焊盤式窗口設(shè)計(jì)，即在焊盤之間可覆蓋阻焊橋。確保在PCBA制造過程中，兩個(gè)焊盤中間有阻焊橋做隔離，規(guī)避焊接外觀質(zhì)量問題及電氣性能可靠性問題發(fā)生。

阻焊膜在焊接組裝過程中可以有效防止焊料橋連短接，對于高密度細(xì)間距引腳的PCB，如果引腳之間無阻焊橋做隔離，PCBA加工廠無法保證產(chǎn)品的局部焊接質(zhì)量。針對高密度細(xì)間距引腳無阻焊做隔離的PCB，現(xiàn)PCBA制造工廠處理方式是判定PCB來料不良，并不予上線生產(chǎn)。如客戶堅(jiān)持要求上線，PCBA制造工廠為了規(guī)避質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，不會保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，預(yù)知PCBA工廠制造過程中出現(xiàn)的焊接質(zhì)量問題將協(xié)商處理。

案例分析：

器件規(guī)格書尺寸

如下圖四，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。

（圖四）

PCB LAYOUT實(shí)際設(shè)計(jì)

如下圖五，助焊焊盤尺寸0．8＊0．5mm，阻焊焊盤尺寸0．9＊0．6mm，器件焊盤中心間距0．65mm，助焊邊沿間距0．15mm，阻焊邊沿間距0．05mm，單邊阻焊寬度增加0．05mm。

（圖五）

PCB工程設(shè)計(jì)要求

按照常規(guī)阻焊工程設(shè)計(jì)，單邊阻焊焊盤尺寸要求大于助焊焊盤尺寸0．05mm，否則會有阻焊劑覆蓋助焊層的風(fēng)險(xiǎn)。如上圖五，單邊阻焊寬度為0．05mm，滿足阻焊生產(chǎn)加工要求。但兩個(gè)阻焊盤邊沿間距只有0．05mm，不滿足最小阻焊橋工藝要求。工程設(shè)計(jì)直接把芯片整排引腳設(shè)計(jì)為群焊盤式窗口設(shè)計(jì)。如圖六所示：

（圖六）

實(shí)際焊接效果

按照工程設(shè)計(jì)要求后制板，并完成SMT貼片。通過功能測試驗(yàn)證，該芯片焊接不良率在50％以上；再次通過溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，還可以篩選出5％以上不良率。首選對器件進(jìn)行外觀分析（20倍放大鏡），發(fā)現(xiàn)芯片相鄰引腳之間有錫渣及焊接后的殘留物；其次對失效的產(chǎn)品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)失效芯片引腳短路燒毀。如圖七所示：

（圖七）

優(yōu)化方案

PCB LAYOUT設(shè)計(jì)優(yōu)化

參考IPC 7351標(biāo)準(zhǔn)封裝庫，助焊焊盤設(shè)計(jì)為1．2mm＊0．3mm，阻焊焊盤設(shè)計(jì)1．3＊0．4mm，相鄰焊盤中心間距0．65mm保持不變。通過以上設(shè)計(jì)，單邊阻焊0．05mm的尺寸滿足PCB加工工藝要求，相鄰阻焊邊沿間距0．25mm尺寸滿足阻焊橋工藝，加大阻焊橋的冗余設(shè)計(jì)可以大大降低焊接質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

（圖八）

PCB工程設(shè)計(jì)優(yōu)化

按照圖八對助焊焊盤寬度進(jìn)行削銅處理，調(diào)整阻焊寬度焊盤大小。保證器件兩助焊焊盤邊沿間大于0．2mm，兩阻焊焊盤邊沿間大于0．1mm，助焊和阻焊焊盤長度保持不變。滿足PCB阻焊單焊盤式窗口設(shè)計(jì)的可制造性要求。

（圖九）

設(shè)計(jì)驗(yàn)證

針對上述所提的問題焊盤，通過以上方案優(yōu)化焊盤和阻焊設(shè)計(jì)，相鄰焊盤邊沿間距大于0．2mm，阻焊焊盤邊沿間距大于0．1mm，該尺寸可滿足阻焊橋制程需求。如圖十所示：

（圖十）

測試良率對比

從PCB LAYOUT設(shè)計(jì)和PCB工程設(shè)計(jì)優(yōu)化阻焊設(shè)計(jì)后，組織重新補(bǔ)投相同數(shù)量的PCB，并按照相同制程完成貼裝生產(chǎn)。產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)對比如表一所示：

（表一）