Circuits Assembly - December 2008 - (Page 43) 论SMT生产中的细节问题 ——焊盘与孔 这篇文章从10月2008日问题继续。 当设计失误时，防堵的临时对策大至有以下几 种： 从焊接面以高温胶纸封住PAD。 从元件面插入护孔工装（如高温塑料排针、塗硅 胶的镙钉）。 单面板时，可在元件面用透明胶带封孔。 从焊接面点阻焊胶封住PAD及孔。 从焊接面印蓝胶封住PAD及孔。 做PCB托盘工装过波峰焊。 以上方法中生产成本自低到高大至是 C、E、B、A、D、F，值得一提的是印蓝胶工艺。由 于是采用印刷方式涂覆，预留孔越多，性价比越 高。当使用点胶机完成红胶工艺或PCB印胶面与印焊 膏面不是同一平面时，蓝胶固化与红胶固化或焊膏 回流可同时完成，使采用蓝胶保护PAD的成本相对较 低。 二、可靠性方面的考虑 1、PTH的焊锡垂直填充率 a)隔热设计是保证垂直填充率最重要条件，除PCB 的表面线路外与PTH相连的各层铜箔线路，都要以“ 花PAD”的形式与PTH相连，以提高热阻。需关注的 是相当多的设计者对此领悟有误，其细节是，焊 接起始面的PAD不可作隔热设计，且PAD环宽尽可能 大，以利于热量吸收，同时焊接终止面的PAD应尽可 能小，且是“花PAD”。这对质量大、热容量大的器 件是成功焊接的关键，参考一失败的案例，如图Figure 14。此款产品的设计上，在焊接起始面错用“ 花PAD”，使热量吸收受阻，如图Figure 15。焊热终 止面的“花PAD”形成的热阻又不足够大。元件是卧 式电解，其负极铝外壳有良好的散热性，且跨距设 计过短（应加10mm）、使引线热阻过小，导致外壳 的散热性被强化，结果此类PTH的填充率都较差。 b) 无铅工艺导入后的填充率，当PCB厚度>1.6mm 时，按IPC-A-610D的II、III级的要求，焊接时的 填充率应≥75%，在某些情况下是很难实现的，一 些大品牌公司，从分析填充率与可靠性的关系入 手制定了具有可操作性的企业标准，实验结果是 可靠性仅与焊锡垂直填充高度密切相关，当其达到 1.6mm*75%=1.2mm时，对厚度是2.5或3.3mm的PCB，焊 点强度没有问题，这对引入无铅工艺后的EMS厂是个 利好消息。 c)孔径对填充率的影响也是要关注的，我们定 义孔径与插件引脚的尺寸差为⊿T。一般有铅工艺 时，⊿T一般取0.2~0.3mm，当用冲孔工艺满足插件 机时，孔应是锥型。若NC钻孔时应取略大些。无铅 工艺导入后，⊿T还应稍大，板厚增加时，⊿T也 应加大，以保证填充率。一般取0.25~0.4mm。无铅 时，较大的⊿T使空洞减少，较小的⊿T可使缩痕减 弱，当然把锡银铜焊料换成锡铜，也可使缩痕改 善。 2、零件孔： a) NPTH的优先采用原则与PTH焊接终止面PAD环宽 circuitsassembly.com Eastern Advances 的最小化 出于rework后可靠性方面的考虑，PTH不宜作为零 件孔。但当晶振（金属外壳卧式）、中周、微动开 关、直插的PLCC插座等用于波峰焊工艺，并且助焊 剂涂覆方式是发泡时，NPTH当是唯一选择。从生产 实践及客户反馈可看到，焊接终止面的助焊剂残余 不会像焊接初始面的助焊剂那样，在经过250℃4秒 的加热后,其中的助焊物质已基本挥发。它会在环 境（湿度、盐雾、高温、尘土…）的作用下，影响 电路绝缘阻抗或使触点不可靠。此时的临时对策首 选是在元件面预涂助焊剂阻断剂，此方法在实用上 效果极佳，且费用低、省工时，缺点是此法对PTH无 效。当助焊剂的涂覆形式是喷雾时，助焊剂量虽可 控制，但如卧式晶振插入PCB后，当引脚PAD元件面 环宽偏大，且孔径与引脚的⊿T也大时，引脚PAD会 与外壳短路，此种不良设计对于EMS厂来说，并不少 见。即使短路未发生，由于PAD与外壳的间隙偏小， 助焊剂残余也容易导致功能性缺陷。当一定要使用 PTH时，解决方案是使元件面PAD环宽为零，就是用 阻焊或白油墨覆盖PAD。图Figure 16是一款电器产 品的 PCB，采用了焊接起始面与焊接终止面PAD环 宽差异设计，尤其是X301位置,元件面环宽为零。还 有一种常见的设计失误是LED紧贴板面插装，且采用 PTH。一般LED要求焊点距本体应≥2mm，常见的LED 亮度不稳定或不亮时重焊后就可改善，多数是没有 遵守上述要求，当采用NPTH时，PCB厚度可起到防呆 型的焊接安全距离的作用。无铅化后，PAD环宽最小 化及NPTH的额外好处是极大地减少Lift-off发生的可 能。 b) 零件孔（焊点）尽可能少地承受元件的重量 以往我们的工艺审查项有一条是当元件重量大于9 克时，其重量不能仅由焊点承受。在实际工作中， 数次见过典型的失效案例，外因多与震动相关，内 因多为元件过重，且除焊接点外无其他对元件的支 撑。当产品与手持或车载相关时，这一点尤为重 要。 c) 双径孔形状如图Figure 17，多为PTH，除保证 焊点的可靠外，还可使焊点不高于PCB表面，在电源 模块或手持产品中多有采用。孔径大的一面一般为 焊接起始面，基于这个特点，孔径大的一面设为元 件面时，若用在手工插件的通孔回流焊工艺中，可 提高焊膏量并使手插易于操作。 3、导通孔无铅化后的设计理念 在无铅波峰焊接中铜蚀现象是个比较严重的问 题。波峰焊接用PCB应把所有导通孔以阻焊覆盖，杜 绝铜蚀产生。图Figure 18是一种无铅化的汽车的电 子产品用PCB，其导通孔直径选得较大，这样可降低 对PCB材料的过高要求，如Z向的CTE。对PCB制造厂 而言，厚板的小孔电镀一直是个质量难题，在可能 情况下，导通孔径的变大是保证可靠性最经济的解 决方案。 Continued on pg. 47 Sanqiang Cai is an engineer with Beijing Brio (brio-tech.com/ egsjg.htm). Contact: Amy Dai; amydai@ brio-tech.ca. Circuits Assembly DECEMBER 2008 43 http://www.brio-tech.com/egsjg.htm http://www.brio-tech.com/egsjg.htm http://www.circuitsassembly.com
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