激光焊錫工藝對PCBA的設(shè)計(jì)方向的思考

PCBA，全名Printed Circuit Board Assembly，是電子領(lǐng)域中一個(gè)至關(guān)重要的概念，代表了印刷電路板組裝，是現(xiàn)代電子設(shè)備制造中不可或缺的環(huán)節(jié)。在PCBA制造過程中，需要考慮許多因素來確?？芍圃煨?，這些因素包括設(shè)計(jì)規(guī)范、制造流程、質(zhì)量檢測以及環(huán)境要求等。

電子生產(chǎn)制造的廠家都是清楚，前期設(shè)計(jì)模型決定后期產(chǎn)品的質(zhì)量。將激光焊錫工藝方法與PCBA的可制造性相結(jié)合的“一體化”理念，為高質(zhì)量制造提供了先決條件和固有的工藝能力。

PCBA的可制造性設(shè)計(jì)決定了PCBA的焊接直通率水平，其對焊接良率的影響是先天的，很難通過現(xiàn)場工藝的優(yōu)化來補(bǔ)償。

可制造性設(shè)計(jì)決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。如果PCBA的工藝設(shè)計(jì)不合理，可能需要額外的試制時(shí)間和工裝。如果解決不了，就必須要返修。這些都降低了生產(chǎn)效率，增加了成本。

一、PCBA的可制造性設(shè)計(jì)

印刷電路板組件(PCBA)是指安裝有電子元件，具有一定電路功能的印刷電路裝配件，如圖所示，在電子制造工廠也叫單板。

首先，設(shè)計(jì)規(guī)范是確保PCBA可制造性的基礎(chǔ)。這包括PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則，如線寬、線距、孔徑、焊盤尺寸等，以確保設(shè)計(jì)能夠滿足生產(chǎn)要求。

PCBA的可制造性設(shè)計(jì)主要解決可組裝性問題，旨在實(shí)現(xiàn)最短的工藝路徑、最高的焊接直通率和最低的生產(chǎn)成本。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括:工藝路徑設(shè)計(jì)、裝配面部件布局設(shè)計(jì)、焊盤和阻焊設(shè)計(jì)(與直通率相關(guān))、組裝熱設(shè)計(jì)，組裝可靠性設(shè)計(jì)等。

1、PCBA的可制造性

PCB的可制造性設(shè)計(jì)側(cè)重于“可制造性”，包括板材選擇、壓合結(jié)構(gòu)、孔環(huán)設(shè)計(jì)、阻焊設(shè)計(jì)、表面處理和拼板設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)都與PCB的加工能力有關(guān)。由于加工方法和能力的限制，PCB的加工能力必須滿足設(shè)計(jì)的最小線寬和線距、最小孔徑、最小焊盤環(huán)寬和最小阻焊間隙，設(shè)計(jì)的疊層和壓合結(jié)構(gòu)必須滿足PCB的加工工藝。因此，PCB的可制造性設(shè)計(jì)側(cè)重于滿足PCB工廠的技術(shù)能力，了解PCB的生產(chǎn)方法、工藝和工藝。

2、PCBA的可組裝性

PCBA的可組裝設(shè)計(jì)側(cè)重于“可組裝性”，即建立穩(wěn)定堅(jiān)固的工藝性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、低成本的焊接。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括包裝選擇、焊盤設(shè)計(jì)和組裝方法(或工藝路徑設(shè)計(jì))、部件布局、鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)等。所有這些設(shè)計(jì)要求都集中在更高的焊接良率、更高的制造效率和更低的制造成本上。

二、激光錫焊工藝

激光錫焊技術(shù)是用精確聚焦的激光束光點(diǎn)照射焊盤區(qū)域。吸收激光能量后，焊接區(qū)域迅速升溫熔化焊料，然后停止激光照射冷卻焊接區(qū)域，使焊料凝固，形成焊點(diǎn)。由于只局部加熱焊接區(qū)域，整個(gè)部件的其他部分幾乎不受加熱的影響，激光照射時(shí)間通常只有幾百毫秒。非接觸焊接對焊盤沒有機(jī)械應(yīng)力影響，空間利用率較高。

激光錫焊的適用場合是選擇性回流焊接工藝或使用錫絲連接器。如果是SMD元件，需要先涂抹錫膏，再焊接。焊接過程分為兩個(gè)步驟:首先，錫膏需要加熱，焊點(diǎn)也需要預(yù)熱。之后，焊接中使用的錫膏被完全熔化，焊接完全潤濕了焊盤，最終形成了焊接。激光發(fā)生器和光學(xué)聚焦元件用于焊接，能量密度高，傳熱效率高。非接觸焊接，焊料可以是錫膏或錫線，特別適合焊接狹小空間內(nèi)的焊點(diǎn)或小焊點(diǎn)，功率小，節(jié)能。

奧萊光電恒溫激光錫焊系統(tǒng)能提供連續(xù)的976nm紅外激光輸出。該產(chǎn)品CCD同軸定位系統(tǒng)以及連續(xù)半導(dǎo)體激光器所構(gòu)成，能夠?qū)攵喾N格式文件，從而達(dá)到精確焊接的目的，并由于該系統(tǒng)所具備的溫度反饋和CCD同軸對位功能，能夠有效的保證焊接點(diǎn)的恒溫焊接及精密部件的精準(zhǔn)對位，從而保證量產(chǎn)中的有效良率。該系統(tǒng)主要適用于PCB板點(diǎn)焊，焊錫，金屬、非金屬材料焊接，燒結(jié)，加熱等，具有對焊接對象的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度控制等特點(diǎn)，尤其適用于對于高度敏感的高精度焊錫加工。

三、激光焊接對PCBA的設(shè)計(jì)要求

1.焊盤設(shè)計(jì)：激光焊接要求焊盤長度比貼片元件大，以便元件貼好后能露出焊盤，從而避免在焊接過程中發(fā)生位移。焊盤與引腳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接決定了焊點(diǎn)的形貌和吸附熔融焊料的能力，因此必須合理設(shè)計(jì)以確保焊接質(zhì)量。

2.元件布局與連接：在PCBA設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理布局各個(gè)電子元件的位置，盡量縮短元器件之間的連接距離，以減少信號(hào)傳輸?shù)乃p和噪音干擾。這對于激光焊接尤為重要，因?yàn)槎叹嚯x的連接可以減少焊接過程中的熱影響區(qū)域，降低焊接變形和潛在的熱應(yīng)力問題。

3.阻焊與鋼網(wǎng)匹配：提升焊接直通率的關(guān)鍵在于焊盤、阻焊和鋼網(wǎng)的匹配設(shè)計(jì)。這些元素的精確匹配可以確保焊接過程中熔融焊料的均勻分布和良好潤濕，從而提高焊接質(zhì)量和可靠性。

4.散熱設(shè)計(jì)：激光焊接雖然熱輸入低，但焊接過程中仍會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。因此，對于功耗較大的元器件，應(yīng)采取散熱措施，如設(shè)置散熱表面、散熱片和風(fēng)扇等，以確保元器件工作溫度在可接受范圍內(nèi)，防止因過熱而影響焊接質(zhì)量或元件性能。

5.信號(hào)完整性：在PCBA設(shè)計(jì)中，需要避免信號(hào)串?dāng)_和互相干擾，這可以通過阻抗匹配、布線分隔、地線設(shè)計(jì)等手段來實(shí)現(xiàn)。激光焊接作為一種局部加熱的焊接方式，對信號(hào)完整性的影響相對較小，但仍需在設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。

6.測試與檢驗(yàn)：進(jìn)行全面的功能測試和質(zhì)量檢驗(yàn)是確保PCBA設(shè)計(jì)滿足激光焊接要求的重要步驟。這包括對焊接質(zhì)量的檢查、信號(hào)完整性的測試以及整體性能的評估等。

綜上所述，激光焊接對PCBA的設(shè)計(jì)要求涉及焊盤設(shè)計(jì)、元件布局與連接、阻焊與鋼網(wǎng)匹配、散熱設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性以及測試與檢驗(yàn)等多個(gè)方面。這些要求旨在確保PCBA在激光焊接過程中能夠獲得高質(zhì)量、高可靠性的焊接結(jié)果。