隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子元器件的小型化、微型化、BGA、間距為0.3mm~0.5mm高密度的芯片越來(lái)越普遍,對(duì)電子焊接技術(shù)的要求也就越來(lái)越高。雖然現(xiàn)在有了更精密的貼片機(jī)可以代替人工焊接,但影響焊接質(zhì)量的因素太多。
本文將從貼片焊接的角度,介紹幾點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的要點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),如果未按照這些要求,很有可能造成焊接質(zhì)量不高,虛焊和甚至在返修PCB的時(shí)候損壞焊盤(pán)或電路板。
一、影響pcb焊接質(zhì)量的因素
從PCB設(shè)計(jì)到所有元件焊接完成為一個(gè)質(zhì)量很高的電路板,需要PCB設(shè)計(jì)工程師乃至焊接工藝、焊接工人的水平等諸多環(huán)節(jié)都有著嚴(yán)格的把控。主要有以下因素:PCB圖、電路板的質(zhì)量、器件的質(zhì)量、器件管腳的氧化程度、錫膏的質(zhì)量、錫膏的印刷質(zhì)量、貼片機(jī)的程序編制的精確程度、貼片機(jī)的貼裝質(zhì)量、回流焊爐的溫度曲線的設(shè)定等等因素。
焊接廠本身無(wú)法逾越的環(huán)節(jié)就是PCB畫(huà)圖的環(huán)節(jié)。由于做電路設(shè)計(jì)的人往往不焊電路板從而無(wú)法獲得直接的焊接經(jīng)驗(yàn),不知道影響焊接的各種因素;而焊接廠的工人不懂畫(huà)板,他們只管完成生產(chǎn)任務(wù),沒(méi)有心思、更沒(méi)有能力分析造成不良焊接的原因。由于這兩方面的人才各司其職,難以有機(jī)結(jié)合。
二、畫(huà)pcb圖時(shí)的建議
下面就PCB畫(huà)圖的環(huán)節(jié)給畫(huà)PCB圖的設(shè)計(jì)布線工程師們提出一些建議,希望在畫(huà)圖的過(guò)程中能避免出現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的各種不良畫(huà)法。將主要以圖文的形式介紹。
1. 關(guān)于定位孔:PCB板的四角要留四個(gè)孔(最小孔徑 2.5mm),用于印刷錫膏時(shí)定位電路板。要求X軸或Y軸方向圓心在同一軸線上,如下圖:
2. 關(guān)于Mark點(diǎn):用于貼片機(jī)定位。PCB板上要標(biāo)注Mark點(diǎn),具體位置:在板的斜對(duì)角,可以是圓形,或方形的焊盤(pán),不要跟其它器件的焊盤(pán)混在一起。如果雙面有器件,雙面都要標(biāo)注。
設(shè)計(jì)PCB時(shí),請(qǐng)注意以下幾點(diǎn):
a. Mark點(diǎn)的形狀如以下圖案。(上下對(duì)稱(chēng)或左右對(duì)稱(chēng))
b. A的尺寸為2.0mm。
c. 從Mark點(diǎn)的外緣離2.0mm的范圍內(nèi),不應(yīng)有可能引起錯(cuò)誤的識(shí)別的形狀和顏色變化。(焊盤(pán)、焊膏)
d. Mark點(diǎn)的顏色要和周?chē)鶳CB的顏色有明暗差異。
e. 為了確保識(shí)別精度,Mark點(diǎn)的表面上電鍍銅或錫來(lái)防止表面反射。對(duì)形狀只有線條的標(biāo)記,光點(diǎn)不能識(shí)別。
如下圖所示:
3. 關(guān)于留5mm邊:畫(huà)PCB時(shí),在長(zhǎng)邊方向要留不少于3mm的邊用于貼片機(jī)運(yùn)送電路板,此范圍內(nèi)貼片機(jī)無(wú)法貼裝器件。此范圍內(nèi)不要放置貼片器件。如圖:
雙面有器件的電路板應(yīng)考慮到第二次過(guò)回流時(shí)會(huì)把已焊好的一面靠邊的器件蹭掉,嚴(yán)重時(shí)會(huì)蹭掉焊盤(pán)、毀壞電路板。如下圖所示:
所以建議芯片少的一面(一般為Bottom面)的長(zhǎng)邊離邊5mm范圍內(nèi)不要放置貼片器件。如果確實(shí)由于電路板面積受限,可以在長(zhǎng)邊加工藝邊,參見(jiàn)本文17條“關(guān)于拼板的建議及加工藝邊”。
4. 不要直接在焊盤(pán)上過(guò)孔:直接在焊盤(pán)上過(guò)孔的缺陷是在過(guò)回流時(shí)錫膏熔化后流到過(guò)孔內(nèi),造成器件焊盤(pán)缺錫,從而形成虛焊。如圖:
5. 關(guān)于二極管、鉭電容的極性標(biāo)注:二極管、鉭電容的極性標(biāo)注應(yīng)符合行規(guī),以免工人憑經(jīng)驗(yàn)焊錯(cuò)方向。如圖:
6. 關(guān)于絲印和標(biāo)識(shí):請(qǐng)將器件型號(hào)隱藏。尤其是器件密度高的電路板。否則,眼花繚亂影響找到焊接位置。如下圖:
也不要只標(biāo)型號(hào),不標(biāo)標(biāo)號(hào)。如下圖所示,造成貼片機(jī)編程時(shí)無(wú)法進(jìn)行。
絲印字符的字號(hào)不應(yīng)太小,以至于看不清。字符放置位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)過(guò)孔,以免誤讀。
7. 關(guān)于IC焊盤(pán)應(yīng)延長(zhǎng):SOP、PLCC、QFP等封裝的IC畫(huà)PCB時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)焊盤(pán),PCB上焊盤(pán)長(zhǎng)度=IC腳部長(zhǎng)度×1.5為適宜,這樣便于手工用烙鐵焊接時(shí),芯片管腳與PCB焊盤(pán)、錫三者熔為一體。如圖:
8. 關(guān)于IC焊盤(pán)的寬度:SOP、PLCC、QFP等封裝的IC,畫(huà)PCB時(shí)應(yīng)注意焊盤(pán)的寬度,PCB上焊盤(pán)a的寬度=IC腳部寬度(即:datasheet中的Nom.值),請(qǐng)不要增寬,保證b(即兩焊盤(pán)間)有足夠的寬度,以免造成連焊。如圖:
9. 放置器件不要旋轉(zhuǎn)任意角度:由于貼片機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)任意角度,只能旋轉(zhuǎn)90℃、180℃、270℃、360℃。如下圖B 旋轉(zhuǎn)了1℃,貼片機(jī)貼裝后器件管腳與電路板上的焊盤(pán)就會(huì)錯(cuò)開(kāi)1℃的角度,從而影響焊接質(zhì)量。
10. 相鄰管腳短接時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題:下圖a的短接方法不利于工人識(shí)別該管腳是否應(yīng)該相連,且焊接后不美觀。如果畫(huà)圖時(shí)按圖b、圖c的方法短接并加上阻焊,焊接出來(lái)的效果就不一樣:只要保證每個(gè)管腳都不相連,該芯片就無(wú)短路現(xiàn)象,而且外觀也美觀。
11. 關(guān)于芯片底下中間有焊盤(pán)的問(wèn)題:芯片底下中間有焊盤(pán)的芯片畫(huà)圖時(shí)如果按芯片的封裝圖畫(huà)中間的焊盤(pán),就容易引起短路現(xiàn)象。建議將中間的焊盤(pán)縮小,使它與周?chē)苣_焊盤(pán)之間的距離增大,從而減少短路的機(jī)會(huì)。如下圖:
12. 厚度較高的兩個(gè)器件不要緊密排在一起:如下圖所示,這樣布板會(huì)造成貼片機(jī)貼裝第二個(gè)器件時(shí)碰到前面已貼的器件,機(jī)器會(huì)檢測(cè)到危險(xiǎn),造成機(jī)器自動(dòng)斷電。
13. 關(guān)于BGA:由于BGA封裝比較特殊,其焊盤(pán)都在芯片底下,外面看不到焊接效果。為了返修方便,建議在PCB板上打兩個(gè) Hole Size:30mil 的定位孔,以便返修時(shí)定位(用來(lái)刮錫膏的)鋼網(wǎng)。
溫馨提示:定位孔的大小不宜過(guò)大或過(guò)小,要使針插入后不掉、不晃動(dòng)、插入時(shí)稍微有點(diǎn)緊為宜,否則定位不準(zhǔn)。如下圖:
而且建議BGA周?chē)欢ǖ姆秶鷥?nèi)要留出空地別放置器件,以便返修時(shí)能放得下網(wǎng)板刮錫膏。
14. 關(guān)于PCB板的顏色:建議不要做成紅色。因?yàn)榧t色電路板在貼片機(jī)的攝像機(jī)的紅色光源下呈白色,無(wú)法進(jìn)行編程,不便于貼片機(jī)進(jìn)行焊接。
15. 關(guān)于大器件下面的小器件:有的人喜歡將小的器件排在同一層的大器件底下,比如:數(shù)碼管底下有電阻,如下圖:
如此排版會(huì)給返修造成困難,返修時(shí)必須先拆數(shù)碼管,還有可能造成數(shù)碼管損壞。建議將數(shù)碼管底下的電阻排到Bottom面,如下圖:
16. 關(guān)于覆銅與焊盤(pán)相連影響熔錫:由于覆銅會(huì)吸收大量熱量,造成焊錫難以充分熔化,從而形成虛焊。如圖所示:
圖a中器件焊盤(pán)直接與覆銅相連;圖b中50Pins連接器雖然沒(méi)直接與覆銅相連,但由于四層板的中間兩層為大面積覆銅,所以圖a、圖b都會(huì)因?yàn)楦层~吸收大量熱量而造成錫膏不能充分熔化。圖b中50Pins連接器的本體是不耐高溫的塑料,若溫度設(shè)定高了,連接器的本體會(huì)熔化或變形,若溫度設(shè)定低了,覆銅吸收大量熱量而造成錫膏不能充分熔化。因此,建議焊盤(pán)與大面積覆銅隔離。如圖所示:
17. 關(guān)于拼板的建議及加工藝邊:
三、總結(jié)
現(xiàn)如今,能用軟件進(jìn)行畫(huà)圖,布線并設(shè)計(jì)PCB的工程師越來(lái)越多,但是一經(jīng)設(shè)計(jì)完成,并能很好的提高焊接效率,作者認(rèn)為需要重點(diǎn)注意以上要素。并且培養(yǎng)良好的畫(huà)圖習(xí)慣,能夠很好的與加工工廠進(jìn)行很好的溝通,是每一個(gè)工程師都要考慮的。