PCB助焊設(shè)計的不合理會有什么后果

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)計和 PCB 阻焊焊盤設(shè)計不合理，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。鑒于這種 PCB 助焊和阻焊焊盤設(shè)計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 實際工藝水平，可通過器件封裝優(yōu)化設(shè)計規(guī)避可制造性問題。優(yōu)化設(shè)計主要從二方面著手，其一，PCB LAYOUT 優(yōu)化設(shè)計；其二，PCB 工程優(yōu)化設(shè)計。

PCB 阻焊設(shè)計現(xiàn)狀

PCB 阻焊設(shè)計對 PCBA 可制造性研究

PCB LAYOUT 設(shè)計

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。為了快速設(shè)計，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，PCB 助焊焊盤設(shè)計長寬均加大 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：

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖一）

PCB 工程設(shè)計

常規(guī) PCB 阻焊工藝要求覆蓋助焊焊盤邊沿 0．05mm，兩個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)計階段，當(dāng)阻焊焊盤尺寸無法優(yōu)化時且兩個焊盤中間阻焊橋小于 0．1mm，PCB 工程采用群焊盤式窗口設(shè)計處理。如圖二（3）所示：

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖二）

PCB 阻焊設(shè)計要求

PCB 阻焊設(shè)計對 PCBA 可制造性研究

PCB LAYOUT 設(shè)計要求

當(dāng)兩個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；當(dāng)兩個助焊焊盤邊沿間距小于 0．2mm 時，則需要進(jìn)行 DFM 優(yōu)化設(shè)計，DFM 優(yōu)化設(shè)計方法有助焊和阻焊焊盤尺寸優(yōu)化。確保 PCB 制造時，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：

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖三）

PCB 工程設(shè)計要求

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；當(dāng)兩焊盤邊沿間距小于 0．2mm，需要進(jìn)行 DFM 設(shè)計，工程設(shè)計 DFM 方法有阻焊層設(shè)計優(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)計的尺寸范圍內(nèi)，且 PCB 阻焊設(shè)計應(yīng)為單焊盤式窗口設(shè)計，即在焊盤之間可覆蓋阻焊橋。確保在 PCBA 制造過程中，兩個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。

PCBA 工藝能力要求

PCB 阻焊設(shè)計對 PCBA 可制造性研究

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)。如客戶堅持要求上線，PCBA 制造工廠為了規(guī)避質(zhì)量風(fēng)險，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

PCB 阻焊設(shè)計對 PCBA 可制造性研究

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。

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖四）

PCB LAYOUT 實際設(shè)計

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。

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖五）

PCB 工程設(shè)計要求

按照常規(guī)阻焊工程設(shè)計，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。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)計直接把芯片整排引腳設(shè)計為群焊盤式窗口設(shè)計。如圖六所示：

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖六）

實際焊接效果

按照工程設(shè)計要求后制板，并完成 SMT 貼片。通過功能測試驗證，該芯片焊接不良率在 50％以上；再次通過溫度循環(huán)實驗后，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：

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖七）

優(yōu)化方案

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PCB LAYOUT 設(shè)計優(yōu)化

參考 IPC 7351 標(biāo)準(zhǔn)封裝庫，助焊焊盤設(shè)計為 1．2mm＊0．3mm，阻焊焊盤設(shè)計 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，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)計可以大大降低焊接質(zhì)量風(fēng)險，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響（圖八）

PCB 工程設(shè)計優(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)計的可制造性要求。

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響

方案論證

PCB 阻焊設(shè)計對 PCBA 可制造性研究

設(shè)計驗證

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，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。

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響

測試良率對比

從 PCB LAYOUT 設(shè)計和 PCB 工程設(shè)計優(yōu)化阻焊設(shè)計后，組織重新補投相同數(shù)量的 PCB，并按照相同制程完成貼裝生產(chǎn)。產(chǎn)品各項參數(shù)對比如表一所示：

PCB助焊設(shè)計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響

通過以上數(shù)據(jù)可得，優(yōu)化方案驗證有效，滿足產(chǎn)品可制造性設(shè)計。

優(yōu)化設(shè)計總結(jié)

PCB 阻焊設(shè)計對 PCBA 可制造性研究

綜上所述，器件引腳邊沿間距小于 0．2mm 的芯片不能按照常規(guī)封裝設(shè)計，PCB LAYOUT 設(shè)計助焊焊盤寬度不予補償，通過加長助焊焊盤長度規(guī)避焊接接觸面積可靠性問題。對于助焊焊盤過大導(dǎo)致兩阻焊邊沿間距過小，優(yōu)先考慮削銅處理；對于阻焊焊盤設(shè)計過大的，優(yōu)化阻焊設(shè)計，有效增加兩阻焊焊盤邊沿寬度，從而保證 PCBA 焊接質(zhì)量保障?？梢?，助焊和阻焊焊盤設(shè)計之間的協(xié)調(diào)對提高 PCBA 可制造性及焊接直通率有決定性作用

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