PCB墊的可制造性設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始對(duì)電子產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，這些電子產(chǎn)品必須滿(mǎn)足多功能，小型化，高密度，高性能，高品質(zhì)的要求。因此，對(duì)于SMT行業(yè)來(lái)說(shuō)，高焊接質(zhì)量是電子產(chǎn)品的壽命。

然而，在實(shí)際制造中，通常會(huì)發(fā)生焊接缺陷，特別是在回流階段。事實(shí)上，這一階段所見(jiàn)的焊接問(wèn)題并非完全由回流焊技術(shù)引起，因?yàn)镾MT焊接質(zhì)量與PCB焊盤(pán)的可制造性，模板設(shè)計(jì)，元件和PCB焊盤(pán)可焊性，制造設(shè)備狀態(tài)，焊料質(zhì)量密切相關(guān)每個(gè)工作人員的粘貼和技術(shù)參數(shù)以及每個(gè)工人的操作技能。 SMT的制造程序如下圖1所示。

此問(wèn)題的每個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)問(wèn)題程序，影響SMT的焊接質(zhì)量。在本文中，將討論和分析可能影響SMT焊接質(zhì)量的元素，以避免在實(shí)際制造中出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

BOM準(zhǔn)備

作為SMT中最重要的復(fù)合材料之一，BOM的質(zhì)量和性能與回流焊接的質(zhì)量直接相關(guān)。具體而言，必須考慮以下幾個(gè)方面：

a。元件包裝必須滿(mǎn)足貼片機(jī)的自動(dòng)安裝要求。

b。元件圖必須滿(mǎn)足自動(dòng)SMT的要求，因?yàn)樗仨毦哂懈叱叽缇鹊臉?biāo)準(zhǔn)形狀。

c。元件的可焊接端和PCB焊盤(pán)焊接質(zhì)量應(yīng)滿(mǎn)足回流焊接的要求，元件和焊盤(pán)的可焊端不會(huì)受到污染或氧化。如果元件和PCB焊盤(pán)的可焊端遭受氧化，污染或潮濕，則可能會(huì)發(fā)生一些焊接缺陷，如潤(rùn)濕不良，偽焊接，焊珠或腔體。對(duì)于濕度傳感器和PCB管理尤其如此。真空包裝后，濕度傳感器必須存放在干燥箱中，下次制造前必須將其烘烤。

PCB墊的可制造性設(shè)計(jì)

SMT的水平在于PCB設(shè)計(jì)質(zhì)量，是影響表面貼裝質(zhì)量的第一要素。根據(jù)惠普的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，70％至80％的制造缺陷源于PCB設(shè)計(jì)問(wèn)題，包括基板材料選擇，元件布局，焊盤(pán)和導(dǎo)熱墊設(shè)計(jì)，焊接掩模設(shè)計(jì)，元件封裝類(lèi)型，裝配方法，傳輸邊界，定位，光學(xué)定位點(diǎn)，EMC（電磁兼容性）等

對(duì)于具有正確焊盤(pán)設(shè)計(jì)的PCB，即使在表面安裝過(guò)程中發(fā)生一點(diǎn)歪斜，也可以在熔錫焊錫表面張力的影響，稱(chēng)為自動(dòng)定位或自校正效應(yīng)。但是，如果PCB焊盤(pán)設(shè)計(jì)不正確，即使安裝位置非常準(zhǔn)確，仍會(huì)出現(xiàn)焊接缺陷，例如元件位置偏移和墓碑形狀。因此，在SMT焊盤(pán)設(shè)計(jì)方面必須仔細(xì)考慮以下幾個(gè)方面。

?焊盤(pán)的對(duì)稱(chēng)性。為了避免回流焊接后的位置偏移和墓碑問(wèn)題，對(duì)于0805或更低的芯片元件，兩端的焊盤(pán)應(yīng)保持對(duì)稱(chēng)的焊盤(pán)尺寸和吸熱和散熱能力，以保持熔化表面張力的平衡焊錫。如果一端在大銅箔上，則建議在大銅箔上連接焊盤(pán)使用單線連接。

?焊盤(pán)之間的間距。為了確保元件端部或引腳與焊盤(pán)之間的合適搭接尺寸，當(dāng)焊盤(pán)之間的間隙過(guò)大或過(guò)小時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致焊接缺陷。

?剩余尺寸焊盤(pán)必須確保在元件端部或引腳與焊盤(pán)之間的搭接接合后焊接點(diǎn)的彎月形狀。

?焊盤(pán)寬度應(yīng)基本兼容與組件末端或引腳的組合。

?不得在通孔上放置通孔過(guò)孔。否則在回流焊接過(guò)程中，錫熔化可能會(huì)沿著通孔過(guò)孔流走，產(chǎn)生偽焊接和錫不足。它可能會(huì)流到電路板的另一側(cè)而導(dǎo)致短路。

焊膏印刷

焊膏印刷技術(shù)主要旨在解決與焊膏印刷量（填充量和焊膏轉(zhuǎn)移量）不相容的問(wèn)題。根據(jù)專(zhuān)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，正確設(shè)計(jì)PCB后，60％的PCB用于返工是由于焊膏印刷不良造成的。在焊膏印刷中，必須記住三個(gè)重要的“S”：焊膏，模板和刮刀。如果選擇正確，可以獲得優(yōu)異的印刷效果。

?焊膏質(zhì)量

作為必要的材料回流焊，焊膏是一種由合金粉末和助焊劑（松香，稀釋劑，穩(wěn)定劑等）均勻混合的膏狀焊料，其中合金粉末是焊點(diǎn)成分的關(guān)鍵要素。助焊劑是消除表面氧化，提高潤(rùn)濕性和確保焊膏質(zhì)量的關(guān)鍵材料。在質(zhì)量方面，一般來(lái)說(shuō)，80％至90％的焊膏屬于金屬合金，而就其體積而言占50％。焊膏質(zhì)量保險(xiǎn)主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：存儲(chǔ)和應(yīng)用。焊膏通常儲(chǔ)存在0到10°C之間，或根據(jù)制造商的要求儲(chǔ)存。對(duì)于其應(yīng)用，SMT車(chē)間的溫度必須為25°C±3°C，濕度必須為50％±10％。此外，其回收時(shí)間必須為4小時(shí)或更長(zhǎng)，并且在施加之前必須進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，以使其粘度具有?yōu)異的可印刷性和脫模變形。應(yīng)用后必須正確放置焊膏蓋，并且焊膏必須在兩小時(shí)內(nèi)完成回流焊接。

?模板設(shè)計(jì)

模板的關(guān)鍵功能在于PCB焊盤(pán)上均勻的焊膏涂層。模板印刷技術(shù)必不可少，其質(zhì)量直接影響錫膏印刷的質(zhì)量。到目前為止，制造模板有三種方法：化學(xué)腐蝕，激光切割和電鍍。在完全考慮并適當(dāng)處理以下方面之前，不會(huì)確保模板設(shè)計(jì)。

a。鋼板厚度。為了保證焊膏量和焊接質(zhì)量，模板表面必須光滑均勻，鋼板厚度的選擇應(yīng)由引腳間距最小的元件決定。鋼板厚度與最小螺距，組分值之間的關(guān)系可歸納于下表1中。

b。光圈設(shè)計(jì)?？资翘菪谓孛婵?，其開(kāi)口為喇叭口。他們的墻壁光滑，沒(méi)有毛刺。寬厚比=孔徑寬度/模板厚度（適用于Fine-Pitch QFP，IC）;面積比=孔徑/孔壁面積的基面積（0201，BGA，CSP部件）。
c。防焊球加工。在0603或以上CHIP元件的模板孔上實(shí)施的防焊球加工可有效避免回流焊后產(chǎn)生焊球。對(duì)于墊子太大的部件，建議應(yīng)用網(wǎng)格劃分來(lái)阻止過(guò)多的錫產(chǎn)生。
d。 MARK 。模板B側(cè)應(yīng)至少生成3個(gè)MARK點(diǎn)，模板應(yīng)與PCB上的MARK兼容。應(yīng)該有一對(duì)具有最長(zhǎng)對(duì)角線距離的MARK點(diǎn)，以提高打印精度。
e。印刷方向。印刷方向也是關(guān)鍵控制點(diǎn)。在打印方向確定的過(guò)程中，彼此之間具有良好空間的組件不應(yīng)太靠近軌道。否則，橋接連接可能是由于錫太多造成的。

?刮板

鏟運(yùn)機(jī)，在某種程度上，根據(jù)不同硬度的材料和形狀，對(duì)印刷質(zhì)量產(chǎn)生影響。通常，使用鍍鎳的鋼刮刀，通常使用60°的刮刀。如果有通孔元件，建議使用45°的刮刀，以便增加通孔元件上的錫量。

?印刷參數(shù)

印刷參數(shù)主要包括刮刀速度，刮刀壓力，模板下降速度，模板清潔模式和頻率。刮刀與模板的角度和焊膏的粘度之間確實(shí)存在限制性關(guān)系，因此在正確控制這些參數(shù)之前，不能確保焊膏的印刷質(zhì)量。一般而言，低速刮刀導(dǎo)致相對(duì)高的印刷質(zhì)量，并且可能形成模糊的焊膏形狀。此外，極低的速度甚至?xí)档椭圃煨?。相反，高速刮刀可能?dǎo)致網(wǎng)孔中焊膏填充不足。刮刀壓力太大可能導(dǎo)致錫不足并增加刮刀和模板之間的磨損，而極低的壓力導(dǎo)致焊膏印刷不完整。因此，通常滾動(dòng)焊膏應(yīng)盡可能地提高速度。此外，應(yīng)調(diào)整刮刀壓力以獲得高印刷質(zhì)量。極高的下降速度可能會(huì)導(dǎo)致焊膏冰柱或不良形成，而低速會(huì)影響制造效率。不合適的模板清潔模式和頻率將導(dǎo)致模板清潔不完整，連續(xù)錫電沉積或模板孔中的錫不足往往會(huì)導(dǎo)致狹窄空間的產(chǎn)品。

?設(shè)備精度

在印刷高密度，小空間的產(chǎn)品時(shí)，印刷精度和重復(fù)印刷精度會(huì)影響焊膏印刷的穩(wěn)定性。

?PCB支持

PCB支持是焊膏印刷的重要調(diào)整內(nèi)容。如果PCB缺乏有效的支撐或具有不合適的支撐，高厚度的焊膏或不均勻的焊膏。 PCB支撐應(yīng)平整且均勻，以保證模板和PCB之間的緊密性。

元件安裝

質(zhì)量元件安裝取決于三個(gè)要素：正確選擇元件，精確放置和合適的安裝壓力。正確選擇組件是指組件必須與BOM的要求兼容。精確放置意味著安裝坐標(biāo)必須正確，安裝器的精度必須確保安裝穩(wěn)定性和正確的元件安裝在焊盤(pán)上。同時(shí)，必須注意安裝角度以確保部件的方向正確性。合適的安裝壓力是指按壓部件的厚度，它不應(yīng)該太小也不能太大。安裝壓力可以通過(guò)設(shè)置PCB厚度，元件封裝厚度，噴嘴的安裝器壓力和安裝器Z軸的調(diào)整來(lái)確定。

回流焊接

焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量在于正確設(shè)定回流焊溫度曲線。良好的回流焊接曲線要求PCB上的所有安裝組件都必須獲得優(yōu)異的焊接和焊接點(diǎn)，同時(shí)具有出色的外觀和高質(zhì)量。如果溫度上升過(guò)快，一方面，元件和PCB會(huì)受到熱量的影響，以至于元件容易損壞，PCB會(huì)發(fā)生變形。另一方面，焊膏中的溶劑揮發(fā)得太快，金屬?gòu)?fù)合物會(huì)像鍍錫球一樣濺出。峰值溫度通常設(shè)定為高于焊膏的熔點(diǎn)30℃至40℃。如果溫度過(guò)高且回流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)損壞耐熱元件或元件塑料。相反，由于焊膏的不完全熔化，將形成可靠的焊點(diǎn)。為了加強(qiáng)焊接質(zhì)量并阻止元件氧化，可以應(yīng)用氮?dú)庠俸附?。回流曲線通常根據(jù)以下方面設(shè)定：

a?？筛鶕?jù)焊膏推薦的溫度曲線進(jìn)行設(shè)定。焊膏的成分決定了其活化溫度和熔點(diǎn)。

b。根據(jù)耐熱元件和有價(jià)值元件的熱性能參數(shù)，對(duì)于某些特殊元件，必須考慮最高的焊接溫度。

c。應(yīng)根據(jù)PCB基板材料，尺寸，厚度和重量進(jìn)行設(shè)置。

d。應(yīng)根據(jù)回流爐結(jié)構(gòu)和溫度區(qū)長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)置，不同的回流焊爐應(yīng)采用不同的設(shè)置。

有很多元素影響SMT焊接質(zhì)量，包括元件可焊性，PCB質(zhì)量，PCB焊盤(pán)設(shè)計(jì)，焊膏質(zhì)量，PCB制造質(zhì)量，SMT制造設(shè)備情況，SMT各環(huán)節(jié)技術(shù)參數(shù)和各工人操作技能。在這些元件中，元件的質(zhì)量，PCB和焊膏以及PCB設(shè)計(jì)是回流焊接質(zhì)量保證的基礎(chǔ)，因?yàn)檫@些元件引導(dǎo)的焊接缺陷很難或不可能通過(guò)技術(shù)解決方案來(lái)解決。因此，提高焊接質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)在于良好的材料質(zhì)量控制和出色的PCB焊盤(pán)設(shè)計(jì)。此外，焊膏印刷，安裝和回流焊接過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)參數(shù)必須通過(guò)實(shí)施完善的制造技術(shù)程序進(jìn)行管理和優(yōu)化。