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PCB的設計

 

IPC 782A線路板設計指引

 

      適當?shù)暮副P設計、焊接工藝及元件定位都是無缺陷焊接的要素。電子線路聯(lián)接及包裝協(xié)會（IPC）已經(jīng)發(fā)展并公布了一套表面貼裝設計及工藝標準（IP-SM-782A）。此標準體現(xiàn)了業(yè)界對基于實際經(jīng)驗而獲得的表面貼裝焊接設計的一致意見，其中也有一個關(guān)于焊區(qū)設計、元件、板及其公差范圍的完善的分析系統(tǒng)。下面作一些焊區(qū)設計、回流焊、波峰焊方面的簡介，但仍然建議設計工程師通過網(wǎng)站詳細連接標準：

 

 

 

焊接

 

      焊接工藝曲線必須保證有足夠的升溫、降溫時間以防止熱沖擊帶來的破壞在本指引中強調(diào)指出，是由于由處理過程或熱沖擊造成的裂紋往往通過一般的視覺檢測是發(fā)現(xiàn)不了的。這種破壞非常細微（微米級裂紋）且通常發(fā)生在端頭電極處，即使通過高倍顯微鏡也難以看到它們。

 

      因此，問題就相當棘手。這些微裂紋不能在初始階段的電性能檢測中被排除，且一旦工作起來它會隨著時間的推移而增大，造成失效隱患。對這些細節(jié)的重視將有助于更好的使用貼片元件，確保高可靠性。

 

焊接前的預熱

 

      適當?shù)念A熱能有效的防止因熱沖擊對SMD芯片造成的破裂安裝過程應采用1.0-2.0°C的升溫速率進行預熱至最高溫度75-125°C左右。大芯片的內(nèi)部熱均勻問題更應關(guān)注，在加熱或冷卻過程中由于局部熱差梯度過大極可能造成芯片破裂。

 

 

焊接溫度

 

      SMT焊料的熔點一般在179°-188°C松香助焊劑則在220°C。因此210-225°C是大部分環(huán)境下較為合適回流焊溫度。在設計具體的焊接溫度曲線時應根據(jù)具體的電路吸熱及元件的最高耐受溫度而定。

 

 

波峰焊

 

      SMD芯片可采用波峰焊接，但應特別注意預熱過程，這也是波峰焊接較難的原因之一。

 

手工焊接

 

      貼片芯片不宜用手工焊接。但如果一定要用手工焊接，必須委任可靠的操作員。先把芯片和基板預熱至150℃，用恒溫烙鐵或不大于30W焊頭不超過3mm的電烙鐵，溫度不超280℃，焊接時間不超過5秒進行。要非常小心不能讓烙鐵接觸貼片的瓷體，因為會使瓷體局部高溫而破裂。（圖4）多次焊接，包括返工，是會影響貼片的可焊性和耐焊接熱性能。并且效果是越來越差的。因此不宜讓芯片多次接觸高溫。

 

 

冷卻過程

 

      焊接后的組件應緩慢冷卻，室溫下最好能保持降溫梯度不大于2°C秒。超過此速率或立即電路浸入清洗溶劑中會大大增加芯片因熱沖擊造成破裂的幾率。

 

墓碑現(xiàn)象芯片移位

 

      芯片的墓碑或拱橋現(xiàn)象如圖所示。墓碑現(xiàn)象或其它我們所不希望的芯片移位主要是在焊接過程中焊料潤濕芯片端頭及焊盤時兩端產(chǎn)生的表面張力不平衡造成的。因此，解決此問題要保證兩端以下的相關(guān)參數(shù)盡量相等：焊盤尺寸、焊膏量、芯片端頭尺寸、元件端頭所處位置及兩端加熱的狀態(tài)。通過合理的設計、材料選型匹配及相關(guān)的工藝控制，墓碑現(xiàn)象是可以避免的。

 

 

1.一般處理

 

      陶瓷是高密度，易碎的物質(zhì)。處理不當會引起微裂紋甚至破裂。

 

      ①芯片被拋擲很容易破裂。除了表面損傷之外，還會使芯片性能變化、機械強度下降。因此操作過程中從高處掉到硬質(zhì)地板上的芯片建議不要使用。

 

      ②將散裝芯片在一起翻滾會把芯片上的金屬研磨到其它芯片表面。留在芯片上的金屬痕跡會對焊接及電性能造成隱患。

 

      ③貼片芯片不應用手直接處理。汗和皮膚的油漬會造成可焊性不良。

 

      ④貼片芯片不應用金屬工具處理。金屬鑷子會削磨芯片或在芯片表面研磨下金屬痕跡。建議采用塑料包封的鑷子。使用時要將施加壓力控制到最低程度。

 

      ⑤焊錫膏的控制。如果線路板中的焊接錫過量，機械應力會對芯片造成破壞，導致芯片性能變化、機械強度下降。所以在設計時應對焊盤形狀、尺寸詳細考慮。

 

2.機械沖擊處理

 

      ①芯片安裝后破裂是很常見的問題。原因來自用戶使線路板彎曲而引起的（如下圖）。

 

 

      切割線路板是導致芯片斷裂或微裂最常見的一種，要避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，就必須合理安裝分割點的芯片位置（見下圖A）；過強或過急彎曲可能會造成很細的裂紋（見下圖B）。在其后處理和溫度突變會使裂縫擴大。

 

 

      ②這種裂縫一般用常規(guī)眼檢是看不到。更可怕的是常規(guī)測試一般都發(fā)現(xiàn)不到。要待工作起來它會隨著時間的推移而增大裂縫擴大或有水分滲入才能見到災難性的失效！

 

      ③在線路板上產(chǎn)生的機械應力的程度所關(guān)系的因素包括線路板的材料和厚度、焊料的量和焊盤式樣。特別注意焊料過多會嚴重影響貼片芯片抵抗機械應力的能力。

 

      ④以下為彎曲線路板產(chǎn)生機械應力的幾種階段：

 

     ·絕大多數(shù)的機械應力裂縫自用戶將焊接后的線路板拗斷分開的過程。要將焊接好的線路板分割，宜采用滾刀切割方式將線路板鋸開。

 

     ·安裝堅硬的元器件時。例如接插件、繼電器、顯示器、散熱器等。

 

     ·安裝帶引線的元器件。特別鎖進堅硬接頭的大型電解時更要加倍注意。

 

     ·存儲線路板方法令之可彎曲。

 

     ·自動測試設備。特別是針床和支撐柱式。

 

     ·線路板安裝到其外殼。

 

      ⑤防備芯片受到機械應力的傷害，要注意以下各點：

 

      ·工藝過程必須盡量避免讓線路板遇到過強或過急的彎曲。

 

      ·貼片芯片應該避免設計在線路板彎曲時受機械應力高的位置（見圖）

 

 

      ⑥厚貼片比薄貼片對機械應力的反應更大。大貼片比小貼片容易破裂。這里只是簡單介紹機械裂縫問題，主要的還需要用戶在自己實際的工藝程序中，注意排除因彎曲線路板而產(chǎn)生的機械應力造成損害芯片導致失效。希望用戶能正視這問題的根源，小裂縫在整機使用中才逐漸惡化，可能破壞用戶產(chǎn)品質(zhì)量的聲譽。

 

儲存：

 

      為避免元件吸潮，在此建議芯片一開封便盡快用完。當元件處于包封狀態(tài)建議在溫度5°C-30°C(41°F-86°F)、濕度RH60%Max以下環(huán)境保存。