PCBA的热设计要求

2020-05-19 12:01:49 514

1、背景说明

PCBA焊接采用的是热风再流焊,依靠风的对流和PCB、焊盘、引线的传导进行加热。由于焊盘、引脚的热容量大小以及受热条件不同,因而焊盘、引脚在再流焊接加热过程中同一时刻所加热到的温度也不同。如果这个温度差比较大,就可能引起焊接不良,如QFP引脚的开焊、绳吸;片式元件的立碑、移位;BGA焊点的收缩断裂等。同理,我们可以通过改变热容量解决一些问题。

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2、设计要求

(1)热沉焊盘的热设计。

在热沉元件的焊接中,会遇到热沉焊盘的少锡的现象,这是一个可以通过热沉设计改善的典型应用情况。对于上述情况,可以采用加大散热孔热容量的办法进行设计。将散热孔与内层接地层连接,如果接地层不足6层,可以从信号层隔离出局部作散热层,同时将孔径减少到最小可用的孔径尺寸。

(2)大功率接地插孔的热设计。

在一些特殊产品设计中,插装孔有时需要与多个地/电平面层连接。由于波峰焊接时引脚与锡波的接触时间也就是焊接时间非常短,往往为2~3s,如果插孔的热容量比较大,引线的温度可能达不到焊接的要求,形成冷焊点。为了避免这种情况发生,经常用到一种叫做星月孔的设计,将焊接孔与地/电层隔开,大的电流通过功率孔实现。

(3)BGA焊点的热设计。

混装工艺条件下,会出现一种特有的因焊点单向凝固而产生的“收缩断裂”现象,形成这种缺陷的根本原因是混装工艺本身的特性,但是可以通过BGA角部布线的优化设计使之慢冷而加以改善。

根据PCBA加工的经验,一般发生收缩断裂的焊点位于BGA的角部,可以通过加大BGA角部焊点的热容量或降低热传导速度,使其与其他焊点同步或后冷却,从而避免因先冷却而引起其在BGA翘曲应力下被拉断的现象发生。

(4)片式元件焊盘的设计。

片式元件随着尺寸越来越小,移位、立碑、翻转等现象越来越多。这些现象的产生与许多因素有关,但焊盘的热设计是影响比较大的一个方面。如果焊盘的一端与比较宽的导线连接,另一端与比较窄的导线连接,那么两边的受热条件就不同,一般而言与宽导线连接的焊盘会先熔化(这点与一般的预想相反,一般总认为与宽导线连接的焊盘因热容量大而后熔化,实际上宽的导线成了热源,这与PCBA的受热方式有关),先熔化的一端产生的表面张力也可能将元件移位甚至翻转。

因此,一般希望与焊盘连接的导线宽度尽可能不大于所连焊盘边长度的二分之一。

(5)波峰焊接对元件面的影响。

①BGA

0.8mm及其以上引脚中心距的BGA大部分引脚都是通过导通孔与线路层进行连接的。波峰焊接时,热量会通过导通孔传递到元件面上的BGA焊点。根据热容量的不同,有些没有熔化、有些半熔化,在热应力作用下很容易断裂失效。

②片式电容。

片式电容对应力非常敏感,容易受到机械和热应力的作用而开裂。随着设计要求托盘选择波峰焊接的广泛使用,在托盘开窗边界处的片式元件很容易因热应力而断裂。


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