PCB助焊設計的不合理會對PCBA制造工藝造成什么影響

隨著現(xiàn)代電子技術的飛速發(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 助焊焊盤設計和 PCB 阻焊焊盤設計不合理，將會提升 SMT 焊接工藝難度，增加 PCBA 表面貼裝加工質(zhì)量風險。鑒于這種 PCB 助焊和阻焊焊盤設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)化設計規(guī)避可制造性問題。優(yōu)化設計主要從二方面著手，其一，PCB LAYOUT 優(yōu)化設計；其二，PCB 工程優(yōu)化設計。

PCB 阻焊設計現(xiàn)狀

PCB 阻焊設計對 PCBA 可制造性研究

PCB LAYOUT 設計

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

（圖一）

PCB 工程設計

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 工程設計階段，當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計處理。如圖二（3）所示：

（圖二）

PCB 阻焊設計要求

PCB 阻焊設計對 PCBA 可制造性研究

PCB LAYOUT 設計要求

當兩個助焊焊盤邊沿間距大于 0．2mm 以上的焊盤，按照常規(guī)焊盤對封裝進行設計；當兩個助焊焊盤邊沿間距小于 0．2mm 時，則需要進行 DFM 優(yōu)化設計，DFM 優(yōu)化設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：

（圖三）

PCB 工程設計要求

當兩助焊焊盤邊沿間距大于 0．2mm 以上的焊盤，按照常規(guī)要求進行工程設計；當兩焊盤邊沿間距小于 0．2mm，需要進行 DFM 設計，工程設計 DFM 方法有阻焊層設計優(yōu)化和助焊層削銅處理；削銅尺寸務必參考器件規(guī)格書，削銅后的助焊層焊盤應在推薦焊盤設計的尺寸范圍內(nèi)，且 PCB 阻焊設計應為單焊盤式窗口設計，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)量風險，不會保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，預知 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。

（圖四）

PCB LAYOUT 實際設計

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。

（圖五）

PCB 工程設計要求

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

（圖六）

實際焊接效果

按照工程設計要求后制板，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

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PCB LAYOUT 設計優(yōu)化

參考 IPC 7351 標準封裝庫，助焊焊盤設計為 1．2mm＊0．3mm，阻焊焊盤設計 1．3＊0．4mm，相鄰焊盤中心間距 0．65mm 保持不變。通過以上設計，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計可以大大降低焊接質(zhì)量風險，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

（圖八）

PCB 工程設計優(yōu)化

按照圖八對助焊焊盤寬度進行削銅處理，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計的可制造性要求。

（圖九）

方案論證

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設計驗證

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。如圖十所示：

（圖十）

測試良率對比

從 PCB LAYOUT 設計和 PCB 工程設計優(yōu)化阻焊設計后，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：

（表一）

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

優(yōu)化設計總結(jié)

PCB 阻焊設計對 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)封裝設計，PCB LAYOUT 設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；對于阻焊焊盤設計過大的，優(yōu)化阻焊設計，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?？梢姡负妥韬负副P設計之間的協(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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