PCB高可靠性化要求與發(fā)展——無(wú)源元件與激光焊錫技術(shù)（下）

（接上文）

3 PCB焊接點(diǎn)大量增加對(duì)可靠性的影響

PCB的失和故障中最大的比率是焊接點(diǎn)的失效，其失效（故障）率可高到70%以上。而焊接點(diǎn)的失效（故障）率主要表現(xiàn)為焊接點(diǎn)界面處“虛焊”（界面的面積非全部焊接上、或部分焊接著、或焊接不飽滿等）和斷裂（斷離而開(kāi)路、特別是“虛焊”時(shí)占多數(shù)，因?yàn)榻Y(jié)合力減小了），因此減少PCB上的焊接點(diǎn)的數(shù)量是提高可靠性的主要方向！

目前PCB的發(fā)展趨勢(shì)是高密度化，也就是說(shuō)：PCB于元器件的焊接點(diǎn)不是減少而是還得繼續(xù)迅速增加著！為了解決這個(gè)問(wèn)題，主要方法：

（1）埋置無(wú)源元件在PCB板內(nèi)；

（2）埋置有源元件在PCB板內(nèi)。

（3）更新現(xiàn)有的焊接工藝，使其滿足pcb高密度、多焊點(diǎn)、精密焊接的需求。

這樣一來(lái)，PCB板面上的焊接點(diǎn)就可以提高可靠性，也可以大大地提高或延長(zhǎng)使用壽命！

3.1 埋置無(wú)源元件的必要性

無(wú)源元件（指電阻、電容和電感）是用來(lái)組成“濾波電路”以消除或減輕干擾湖無(wú)用的信號(hào)，保證需要的信號(hào)完整或較完整地通過(guò)，因此在安裝有源元件（如IC集成電路）的同時(shí)，必然在其周圍安裝著很多的無(wú)源的元件。

3.1.1 無(wú)源元件的數(shù)量越來(lái)越多

在PCB組裝中，大多數(shù)的無(wú)源元件數(shù)與有源元件數(shù)比是處在（15~50）:1之間。但是，由于有源（IC等）元件的集成度越來(lái)越高和信號(hào)傳輸高頻化與高速化，要求配置的無(wú)源（電阻、電容和電感）元件也隨著越來(lái)越多，起比率也越來(lái)越靠近50:1。表5示出一般PCB組裝中的各種元件的比率情況。

目前一個(gè)典型的移動(dòng)電話產(chǎn)品中元器件的總數(shù)量可達(dá)400多個(gè)，而有源（IC組件）元件不到20個(gè)，380多個(gè)是無(wú)源（電容、電阻和電感）元件。在這個(gè)移動(dòng)電話中，無(wú)源元件占PCB80%的面積、70%的組裝成本！

3.1.2PCB制造面臨的挑戰(zhàn)

由于有源（IC等）元件的集成度越來(lái)越高和信號(hào)傳輸高頻化與高速化，要求配置的無(wú)源（電阻、電容和電感）元件也隨著越來(lái)越多，起比率也越來(lái)越靠近50:1。目前情況，不管BGA（球柵陣列組件）的I/O（輸入/輸出）數(shù)量增加到多高，其中30%~50%的焊點(diǎn)均屬于無(wú)源元件的焊接！

（1）小型化的挑戰(zhàn)。

在PCB組裝中，由于有源元件周圍要安裝匹配的大量無(wú)源元件，它們將占據(jù)著大部分面積，如在普通的一個(gè)移動(dòng)電話中，無(wú)源元件占PCB面積的80%，而目前功能更多、性能更好的移動(dòng)電話中，其占比還要大些。所以在PCB發(fā)展時(shí)必須創(chuàng)新和發(fā)展小型化或集成化作為重點(diǎn)。

（2）低成本的挑戰(zhàn)。

在PCB的安裝中已經(jīng)遇到成本的挑戰(zhàn)！無(wú)源元件安裝在PCB表面上，不僅占據(jù)著80%左右的面積而且占據(jù)了70%左右的組裝的成本，同時(shí)它也是影響電子組裝的低效率的主要因素。另外，目前的有源元件和無(wú)源元件的制造成本和組裝成本剛好是相反的。

（3）高頻高速化的挑戰(zhàn)。

電子產(chǎn)品的高頻化（含高速數(shù)字化）的發(fā)展是非?？焖俚?，不僅是幾個(gè)GHz的問(wèn)題而幾十GHz問(wèn)題，隨著是幾百GHz 到幾千GHz的事情！在高頻化條件下，各種元件的端電極、焊點(diǎn)、焊盤、連線、孔等都會(huì)帶來(lái)寄生參量（如寄生電容、寄生電感等），這種寄生參量將隨著高頻增加程度而增加，并產(chǎn)生“干擾”造成傳輸信號(hào)損失或“失真”，而無(wú)源元件所形成的電路是引起寄生參量的主要因素！

（4）高可靠性化的挑戰(zhàn)。

電子產(chǎn)品的高可性的主要課題是故障率問(wèn)題，而焊接點(diǎn)的故障率是最大的，大約占70%左

右。焊接點(diǎn)故障主要來(lái)自三個(gè)方面：

①焊接點(diǎn)焊接缺陷，如虛焊、焊接不完整等；

②焊接點(diǎn)結(jié)合力小，不能抵抗住冷/熱沖擊（內(nèi)應(yīng)力）、震動(dòng)等能力；

③環(huán)境影響如氧化、腐蝕等削弱焊接點(diǎn)結(jié)合力。

（5）尺寸極限。

隨著小型化的發(fā)展和要求，元器件的尺寸越來(lái)越小，而尺寸的縮小帶來(lái)安裝的困難度就越大，同時(shí)安裝的成本也越來(lái)越高。如片式電阻為例，從0603（1.6 mm×0.8 mm）→0402（1.0 mm×0.5 mm）→0201（0.6 mm×0.3 mm），目前可小到01005（0.4 mm×0.2 mm）。盡管還可以再小下去，但安裝十分困難，生產(chǎn)率低、成本也高、可靠性有帶來(lái)課題。

還有經(jīng)濟(jì)效益方面也是一個(gè)問(wèn)題,如低的生產(chǎn)率、高成本和可靠性（故障率）等。

3.1.3 激光焊錫技術(shù)的發(fā)展

激光焊錫技術(shù)作為一種新型的焊接方法，為PCB的高密度化和可靠性提供了新的解決方案。激光焊錫技術(shù)作為一種先進(jìn)的無(wú)接觸熱傳導(dǎo)型加熱焊接工藝，利用高能量密度的激光束作為熱源，通過(guò)精確控制激光參數(shù)，實(shí)現(xiàn)焊料的快速熔化和焊接。這種焊接方法具有熱影響區(qū)域小、焊接速度快、焊接質(zhì)量高等特點(diǎn)，能夠有效避免傳統(tǒng)焊接過(guò)程中的熱損傷和機(jī)械損傷。

激光焊錫技術(shù)的非接觸式加工特點(diǎn)能有效降低焊接殘余應(yīng)力，減少對(duì)周圍焊點(diǎn)及零件的損傷。特別是在傳統(tǒng)手工烙鐵難以接近的部位，激光焊錫技術(shù)能夠順利完成焊接作業(yè)，展現(xiàn)出其在微小空間和復(fù)雜立體產(chǎn)品焊接作業(yè)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。此外，激光焊錫無(wú)殘留、不需要清洗、熱影響小，這些特點(diǎn)使得激光焊錫成為提高焊接質(zhì)量的理想選擇。

4 總結(jié)

總之，隨著PCB高密度化提高將帶來(lái)焊接點(diǎn)的面積和焊接結(jié)合力的減小，而高密度化和信號(hào)傳輸高頻化與高速數(shù)字化的結(jié)合，必然帶來(lái)PCB內(nèi)部高溫化和焊接點(diǎn)熱應(yīng)力增大化，這些是威脅著PCB的高可靠性的主要根源！因此，在PCB高密度化、信號(hào)高頻化等的產(chǎn)品中，必須加強(qiáng)高導(dǎo)熱化措施，而有效的方法是把無(wú)源元件和有源元件埋置到PCB內(nèi)部或采用激光焊錫技術(shù)，這些方法不僅是目前和今后PCB開(kāi)發(fā)和制造的亮點(diǎn)，也是PCB發(fā)展和升級(jí)的根本出路！

本文由大研智造撰寫，專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的激光焊錫機(jī)技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請(qǐng)通過(guò)大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來(lái)我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇