PCB阻焊設計對PCBA可制造性研究

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 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 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，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)避焊接外觀質量問題及電氣性能可靠性問題發(fā)生。

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)避質量風險，不會保證產(chǎn)品的焊接質量，預知PCBA工廠制造過程中出現(xiàn)的焊接質量問題將協(xié)商處理。

案例分析：

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

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）

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）