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PCB防焊设计对PCBA可制造前瞻性研究

随着计算机仿真的飞速发展,PCBA也向着高密度高可靠性方面发展。虽然现阶段PCB和PCBA制造工艺水平有很大的提升,常规PCB防焊工艺不会对产品可制造性造成致命的影响。但是对于器件引脚间距非常小的器件,由于PCB助焊通孔设计和PCB防焊通孔设计不合理,将会提升SMT焊接工艺难度,增加PCBA表面贴装加工质量风险。

鉴于这种PCB助焊和防焊通孔设计的不合理带来的可制造性和可靠性隐患问题,结合PCB和PCBA实际工艺水平,可通过器件封装优化设计规避可制造性问题。优化设计主要从二方面着手,其一,PCB LAYOUT优化设计;其二,PCB工程优化设计。

PCB LAYOUT设计

依据IPC 7351标准封装库并参考器件规格书推荐的通孔尺寸进行封装设计。为了快速设计,Layout工程师优先按照推荐的通孔尺寸上进行加大修正设计,PCB助焊通孔设计长宽均加大0.1mm,防焊通孔也在助焊通孔基础上长宽各加大0.1mm。

PCB工程设计

常规PCB防焊工艺要求覆盖助焊通孔边沿0.05mm,两个助通孔防焊中间阻焊桥大于0.1mm,如图二(2)所示。在PCB工程设计阶段,当防焊通孔尺寸无法优化时且两个通孔中间阻焊桥小于0.1mm,PCB工程采用群通孔式窗口设计处理。

PCB LAYOUT设计要求

当两个助焊通孔边沿间距大于0.2mm以上的通孔,按照常规通孔对封装进行设计;当两个助焊通孔边沿间距小于0.2mm时,则需要进行DFM优化设计,DFM优化设计方法有助焊和防焊通孔尺寸优化。确保PCB制造时,防焊工序的阻焊剂能够形成最小阻焊桥隔离通孔。

PCB工程设计要求

当两助焊通孔边沿间距大于0.2mm以上的通孔,按照常规要求进行工程设计;当两通孔边沿间距小于0.2mm,需要进行DFM设计,工程设计DFM方法有阻焊层设计优化和助焊层削铜处理;削铜尺寸务必参考器件规格书,削铜后的助焊层通孔应在推荐通孔设计的尺寸范围内,且PCB防焊设计应为单通孔式窗口设计,即在通孔之间可覆盖阻焊桥。确保在PCBA制造过程中,两个通孔中间有阻焊桥做隔离,规避焊接外观质量问题及电气性能可靠性问题发生。

阻焊膜在焊接组装过程中可以有效防止焊料桥连短接,对于高密度细间距引脚的PCB,如果引脚之间无阻焊桥做隔离,PCBA加工厂无法保证产品的局部焊接质量。针对高密度细间距引脚无阻焊做隔离的PCB,现PCBA制造工厂处理方式是判定PCB来料不良,并不予上线生产。如客户坚持要求上线,PCBA制造工厂为了规避质量风险,不会保证产品的焊接质量,预知PCBA工厂制造过程中出现的焊接质量问题将协商处理。

PCB工程设计要求

按照常规防焊工程设计,单边防焊通孔尺寸要求大于助焊通孔尺寸0.05mm,否则会有阻焊剂覆盖助焊层的风险。如上图五,单边防焊宽度为0.05mm,满足防焊生产加工要求。但两个阻通孔边沿间距只有0.05mm,不满足最小阻焊桥工艺要求。工程设计直接把芯片整排引脚设计为群通孔式窗口设计。

实际焊接效果

按照工程设计要求后制板,并完成SMT贴片。通过功能测试验证,该芯片焊接不良率在50%以上;再次通过温度循环实验后,还可以筛选出5%以上不良率。首选对器件进行外观分析(20倍放大镜),发现芯片相邻引脚之间有锡渣及焊接后的残留物;其次对失效的产品进行分析,发现失效芯片引脚短路烧毁。

优化方案

PCB LAYOUT设计优化

参考IPC 7351标准封装库,助焊通孔设计为1.2mm*0.3mm,防焊通孔设计1.3*0.4mm,相邻通孔中心间距0.65mm保持不变。通过以上设计,单边防焊0.05mm的尺寸满足PCB加工工艺要求,相邻防焊边沿间距0.25mm尺寸满足阻焊桥工艺,加大阻焊桥的冗余设计可以大大降低焊接质量风险,从而提高产品的可靠性。

PCB工程设计优化

对助焊通孔宽度进行削铜处理,调整防焊宽度通孔大小。保证器件两助焊通孔边沿间大于0.2mm,两防焊通孔边沿间大于0.1mm,助焊和防焊通孔长度保持不变。满足PCB防焊单通孔式窗口设计的可制造性要求。

设计验证

针对上述所提的问题通孔,通过以上方案优化通孔和防焊设计,相邻通孔边沿间距大于0.2mm,防焊通孔边沿间距大于0.1mm,该尺寸可满足阻焊桥制程需求

点击次数:660  发布时间:2019-08-02
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