使用SMD零件進(jìn)行雙面PCB焊接的最佳設計實(shí)踐

2021-01-30

DFM指南傾向于將重點(diǎn)放在制造上，但是在設計中也應考慮PCB組裝，以確?？梢詿o(wú)缺陷地制造電路板。雙面印刷電路板（兩側放置元件）具有一些重要的組裝準則，以防止翹曲和低焊接強度。像其他制造缺陷一樣，設計人員可以采取一些步驟來(lái)確保其雙面PCBA具有很高的良率。這是在雙面PCB焊接后可以確保高產(chǎn)量的方法。

雙面PCB焊接工藝

對于帶有SMD組件的雙面PCB，除非您選擇手工組裝，否則該板將需要進(jìn)行順序回流焊接?；亓骱笇⒂糜诖笈可a(chǎn)/低成本原型設計，因此設計人員應在組裝過(guò)程中計劃回流焊。在雙面PCB焊接過(guò)程中，將組件分別放置并焊接在電路板的每一側。這里的技巧是在正確的溫度和時(shí)間進(jìn)行焊接，因為第一側的組件將經(jīng)過(guò)兩次回流焊接。

在此過(guò)程中，雙面PCB上可能會(huì )出現一些缺陷。主要缺陷是翹曲，而次要缺陷是焊點(diǎn)薄弱或失效。將工藝應用到雙面板上并不一定需要特殊的設備，但是兩次運行該工藝會(huì )使PCBA面臨出現缺陷的風(fēng)險。設計人員可以采用一些基本步驟來(lái)防止雙面板出現這些缺陷：

選擇具有對稱(chēng)堆疊的較厚基板

較薄的板在回流焊接過(guò)程中更容易翹曲；如果厚度小于標準PCB厚度，則您可能會(huì )翹曲。堆疊也應對稱(chēng)，以使熱機械應力更均勻地分布在整個(gè)板上。還建議使用樹(shù)脂含量和玻璃編織樣式相似的預浸料和芯層板，因為它們的CTE值非常相似。

選擇較高Tg的底材

使用具有較高玻璃化轉變溫度Tg的基板將有助于防止在順序回流焊接過(guò)程中發(fā)生翹曲，這僅僅是因為該板將比低Tg的基板經(jīng)歷更少的膨脹。對于標為“低Tg”的基材，標準FR4基材的Tg值約為130°C，對于歸為“高Tg”的基材，其Tg值約為170°C以上。這低于無(wú)鉛（Sn / Ag）焊料的典型峰值回流溫度，該峰值溫度可達到240-250°C。因此，選擇較高Tg的基板以幫助防止雙面PCB焊接期間的翹曲。 

雙面BGA焊接

在板子兩邊焊接BGA怎么樣？多個(gè)大型BGA封裝并不常見(jiàn)，但是微型BGA封裝正變得越來(lái)越普遍，并且是小型組件的流行選擇。就像其他SMD組件一樣，您可以將它們放置在電路板的兩側，以進(jìn)行雙面PCB回流焊接工藝。問(wèn)題是，如何設計電路板以確保最高的成品率？

典型的方法是使用鏡像，將相同的程序包直接放置在彼此的后面（例如RAM棒）。在包裝不匹配的情況下，組件布置也將不匹配。首選的順序是將更小，更輕的BGA封裝以及更小的SMD組件放在電路板的一側，并先進(jìn)行焊接。然后將較大的BGA放在另一側，然后再通過(guò)回流發(fā)送。這樣，較輕的零件在第二道焊縫中的拆焊或空焊/虛假焊接的機會(huì )會(huì )降低。理想情況如下所示，其中在板子的每一側都安裝了多個(gè)封裝。

希望較重的零件可以手工焊接

較重的零件（例如變壓器或笨重的連接器）應手工焊接或通過(guò)選擇性焊接進(jìn)行處理，因為很難在整個(gè)板上平衡其重量。通常，很難分配零件以使重量在單個(gè)板表面上達到平衡，因此不要指望在每個(gè)雙面PCB上都開(kāi)始完美地平衡較重的零件。不要手工處理較重的零件，而要手工完成以防止翹曲并確保高產(chǎn)量。

第1側與第2側的回流曲線(xiàn)

接下來(lái)是兩邊的回流曲線(xiàn)問(wèn)題?；亓髑€(xiàn)應如何構建？董事會(huì )的兩邊是否應該相同？這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有一個(gè)確切的答案，因為它取決于要焊接的組件以及裸露導體上是否有表面鍍層。表面鍍層特別重要，因為在焊接過(guò)程中會(huì )形成金屬間化合物：

裸露的銅：焊料合金中的錫會(huì )形成Cu-Sn金屬間化合物，該金屬間化合物緩慢生長(cháng)并最終在焊接過(guò)程中變脆。通過(guò)迅速達到峰值回流溫度來(lái)減少高溫下的總時(shí)間。

電鍍鎳和化學(xué)鍍鎳：金屬間合金Ni3Sn4最常見(jiàn)的是在錫基焊料的焊接過(guò)程中形成的，盡管其形成速率遠低于Cu-Sn金屬間化合物。

ENIG，ENEPIG，OSP和浸入式Ag： Cu-Sn / Ag金屬間化合物可以在界面處的這些鍍層上形成，而不是擴散到主體中。有趣的是，ENIG和ENEPIG內部的Ni層對某些金屬間化合物具有增韌作用，可防止裂紋形成。

在不做進(jìn)一步化學(xué)處理的情況下，此處的重要要點(diǎn)是，雙面PCB的回流曲線(xiàn)應設計為適應雙面板的各種PCB表面鍍層。有一些有趣的研究著(zhù)眼于不同金屬間化合物的形成速率，這些研究可以為比較參考回流曲線(xiàn)提供一些指導。