高密度PCB設計的處理解決方案

2020-12-11

隨著(zhù)電子器件不斷變得越來(lái)越小和越來(lái)越快，必須首先開(kāi)發(fā)支持組件以實(shí)現更小的占位面積。增加密度和減小尺寸可使制造商減少錯誤余地，必須開(kāi)發(fā)更好的加工方法。

在印刷電路板組件上處理較高密度的連接器會(huì )產(chǎn)生必須解決的復雜問(wèn)題。設計人員必須考慮每個(gè)組件的加工溫度，可生產(chǎn)性和焊點(diǎn)完整性。密度的增加是由于一旦被低得多的I / O連接器占用，就需要在同一空間中使用更高的I / O連接器。

傳統的通孔或表面安裝連接器已達到可在這些應用中有效使用的信號數量（每平方英寸的引腳數）的限制。這是連接器制造商考慮使用BGA，焊料壓接和焊料填充設計以減少組件占用空間的地方。 

可焊性

對于雙排連接器，可焊性問(wèn)題通常很容易解決。更不用說(shuō)，如果有問(wèn)題，可以通過(guò)使用簡(jiǎn)單的烙鐵校正焊點(diǎn)的返工來(lái)解決。但是，在多行連接器上，此過(guò)程變得更加復雜，并且第一次正確處理連接器變得越來(lái)越重要。

可能導致焊點(diǎn)不良的一些常見(jiàn)問(wèn)題是：

焊膏量

模板尺寸

焊錫爐溫度曲線(xiàn)不正確

PCB平面度

鑒于上面列出的問(wèn)題，沒(méi)有一種千篇一律的解決方案，因為每種制造設置都是唯一的。必須考慮的一些差異是所使用的設備，焊膏（品牌和化學(xué)成分）以及應用（板設計，組件密度等）。  

滿(mǎn)足高密度I / O需求的連接器解決方案

連接器制造商用于高密度應用的解決方案之一是BGA設置。BGA應用程序使用球形焊料球附在組件引線(xiàn)上，以提供更多焊料而又不使用重漿。  

在Samtec的SEARAY?高密度開(kāi)放引腳場(chǎng)陣列上發(fā)現的焊料電荷與BGA相似，但可以提供更好的連接器與PCB焊盤(pán)的邊緣結合。  

圖1. BGA上的焊球與Samtec的SEAF8 / SEAM8上的焊料費用 

SEARAY?0.8毫米（SEAF8 / SEAM8系列）上的焊料電荷的另一個(gè)獨特區別是0.80mm和1.20mm的交替間距。這種設計可以為電路板設計人員提供行之間的其他跟蹤布線(xiàn)。 

圖2. SEAF8 / SEAM8的交替螺距

在加工過(guò)程中實(shí)現更好的焊點(diǎn)的關(guān)鍵

通常，最好遵循制造商的加工準則，以最大程度地成功將零件焊接至PCB。一些制造商將提供PCB足跡，模板布局和厚度，焊料絲網(wǎng)印刷工藝，組件放置，正確的烤箱輪廓分析，甚至返工注意事項。

足跡和模具

連接器制造商通常為PCB設計人員提供下載PCB占位面積以及模板布局和厚度的功能。Samtec提供了超過(guò)200,000個(gè)符號和封裝，可在流行的EDA工具（例如Altium，Circuit Studio，Eagle，Fusion 360等）中下載。   

圖3. SEAF8 PCB占位面積 

通過(guò)利用提供的封裝和模板布局，PCB設計人員更有可能實(shí)現適當的焊點(diǎn)連接。

焊錫絲網(wǎng)印刷工藝

焊盤(pán)的覆蓋對于正確的焊點(diǎn)至關(guān)重要，應該完全覆蓋焊盤(pán)。因此，模板中的孔徑尺寸故意大于PCB上的焊盤(pán)。這是為了確保SEAF8（或連接器）上的焊料電荷與焊膏接觸，如圖4所示。  

圖4.相對于焊料印刷圖的焊料充電位置，焊膏和焊料電荷之間具有良好的接觸。

如果焊膏不能正確覆蓋焊劑，則無(wú)法實(shí)現正確的潤濕。使用自動(dòng)檢查以確保PCB上的焊料覆蓋正確。建議將所有未被完全覆蓋的焊墊組件拒收，清洗并重新打印。

放置組件

自動(dòng)化的取放設備將確保正確放置組件。為了使焊料正確潤濕，重要的是Z軸尺寸必須將焊料完全裝在PCB表面上。 

隨著(zhù)焊料在烤箱中的回流，連接器的重量將導致連接器在加工后沉降到板上或靠近板上。這種現象有助于減少連接器中的任何共面性，如下圖5和6所示。 

圖5. SEAF8絕緣子外殼在加工之前已完全就位。

圖6. SEAF8絕緣子外殼在回流后完全就位。

正確的烤箱分析

此時(shí)，大多數表面貼裝元件應能夠處理IPC / JEDEC J-STD-020中所述的無(wú)鉛焊料回流曲線(xiàn)。該規范要求組件必須能夠承受260°C的峰值溫度以及255°C之上的30秒。

圖7. Samtec推薦的溫度曲線(xiàn)范圍（SMT）

通常在回流過(guò)程中通過(guò)氮氣注入實(shí)現的低氧環(huán)境將有助于提高焊接表面的可濕性。對于類(lèi)似于SEAF8 / SEAM8的高密度連接器，建議僅在富氮環(huán)境中完成焊料處理。  

正確剖析完整組裝的PCB組件至關(guān)重要。經(jīng)常會(huì )忽略形成焊點(diǎn)的回流工藝，但是確保焊點(diǎn)正確形成至關(guān)重要。  

為確保焊料電荷達到所需的溫度，建議將熱電偶穿過(guò)電路板的背面放入連接器的中心，并置于外部邊緣。這將確保達到焊膏制造商的回流曲線(xiàn)參數。 

圖8. 烤箱輪廓的熱電偶位置。

適當處理的重要性日益增加

雖然任何過(guò)程都不可能沒(méi)有缺陷，但使用適當的處理設置將消除返工，報廢和較低利潤的需求。隨著(zhù)電子設備越來(lái)越小，其組件越來(lái)越密集，這一重要性將繼續提高。這就是Samtec為所有連接器系列提供腳印和模板布局的原因，并提供有關(guān)如何正確處理其更復雜的產(chǎn)品系列的信息。