波峰焊接面元器件的布局设计要求

2020-05-19 12:01:49 587

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1、背景说明

波峰焊接是通过熔融焊锡对元器件引脚进行焊料施加与加热的,由于波峰与PCB的相对运动以及熔融焊锡的“粘”性,波峰焊接的工艺要比再流焊接复杂得多,对要焊接封装的引脚间距、引脚伸出长度、焊盘尺寸均有要求,对在PCB板面上的布局方向、间距以及对安装孔的连线也有要求,总之,波峰焊接的工艺性比较差,要求很高,焊接的良率基本取决于设计。


2、封装要求

(1)适合于波峰焊接的贴装元件应该具备焊端或引出端外露;封装体离地间隙(Stand Off)<0.15mm;高度<4mm的基本要求。满足这些条件的贴装元件包括:

  • 0603~1206封装尺寸范围内的片式阻容元件;

  • 引线中心距≥1.0mm且高度<4mm的SOP;

  • 高度≤4mm的片式电感;

  • 非露线圈片式电感(即C、M型)

(2)适合于波峰焊接的密脚插装元件为相邻引脚最小间距≥1.75mm的封装。

【备注】

  • 插装元件最小间距是波峰焊接可接受的前提,但是满足最小间距要求并不意味着就能够实现高质量的焊接,还需要满足布局方向、引线伸出焊接面的长度、焊盘间隔等其他要求。

  • 片式贴装元件,封装尺寸<0603不适合波峰焊接,是因为元件两端焊盘间隔太小,容易发生两焊端间的桥连。

  • 片式贴装元件,封装尺寸>1206不适合波峰焊接,是因为波峰焊接属于非平衡加热,大尺寸的片式阻容元件容易因热膨胀不匹配而开裂。


3、传送方向

在波峰焊接面元件布局前,首先应该确定PCB过炉的传送方向,它是插装元件布局的“工艺基准”。因此,在波峰焊接面元器件布局前,首先应确定传送方向。

(1)一般情况下,应以长边为传送方向。

(2)如果布局有密脚插装连接器(间距<2.54mm),应以连接器的布局方向为传送方向。

(3)在波峰焊接面,应用丝印或铜箔蚀刻的箭头标示出传送方向,以便焊接时识别。

【备注】

  • 元件的布局方向对波峰焊接而言很重要,因为波峰焊接有一个入锡和脱锡的过程。因此,设计与焊接必须是同方向进行。这是标识波峰焊接传送方向的原因。

  • 如果能够判定传送方向,如设计有盗锡焊盘,则传送方向可以不标识。

 

4、布局方向

元器件的布局方向主要涉及片式元件和多引脚连接器。

(1)SOP器件封装的长方向应平行于波峰焊接传送方向布局,片式元件的长方向,应垂直于波峰焊接的传送方向。

(2)多个两引脚的插装元件,其插孔中心连线方向应与传送方向垂直,以减少元器件一端浮起的现象。

【备注】

  • 由于贴片元件封装体对熔融焊锡有阻挡作用,容易导致封装体后(脱锡侧)引脚的漏焊。因此,一般要求按封装体不影响熔融焊锡流动的方向进行布局。

  • 多引脚连接器的桥连主要发生在引脚的脱锡端/侧。将连接器引脚排列的长方向与传送方向一致,可减少脱锡端引脚的数量,最终也会减少桥连的数量。再通过设计工艺性的盗锡焊盘彻底消除桥连。


5、间距要求

对于贴片元器件,焊盘间隔是指相邻封装最大外伸特征(包括焊盘)间的间隔;对于插装元件,焊盘间隔指焊盘间的间隔。

对于贴片元器件,焊盘间隔不完全是从桥连方面考虑的,也包括封装体的阻挡效应可能引起的漏焊。

(1)插装元件焊盘间隔一般应≥1.00mm。对于精细间距插装连接器,允许适当减小,但最小不应<0.60mm。

(2)插装元件焊盘与波峰焊接贴片元件焊盘的间隔应≥1.25mm。

 

6、焊盘设计特殊要求

(1)为了减少漏焊,对于0805/0603、SOT、SOP、钽电容器的焊盘,建议按照以下要求进行设计。

  • 对于0805/0603元件,按照IPC-7351的建议设计(焊盘外扩0.2mm,宽度减少30%)。

  • 对SOT、钽电容器,焊盘应比正常设计的焊盘向外扩展0.3mm。

(2)对于金属化孔盘,焊点的强度主要依靠孔连接,焊盘环宽≥0.25mm即可。

(3)对于非金属化的孔盘(单面板),焊点的强度决定于焊盘尺寸,一般焊盘直径应≥孔径的2.5倍。

(4)对于SOP封装,应在脱锡引脚端设计盗锡焊盘,如果SOP间距比较大,盗锡焊盘设计也可以变大。

(5)对于多引脚的连接器,应在脱锡端设计盗锡焊盘。

 

7、引线伸出长度

(1)引线伸出长度对桥连的形成有很大的关系,引脚间距越小影响越大般建议:

  • 如果引脚间距在2~2.54mm之间,引线伸出长度应控制在0.8~1.3mm

  • 如果引脚间距<2mm,引线伸出长度应控制在0.5~1.0mm

(2)引线的伸出长度只有在元件布局方向符合波峰焊接要求的条件下才能起到作用,否则消除桥连的效果不明显。

【备注】

引线伸出长度对桥连的影响比较复杂,一般>2.5mm以上或<1.0mm,对桥连的影响比较小,而在1.0~2.5m之间,影响比较大。也就是在不长不短的情况下最容易引发桥连现象。

 

8、阻焊油墨的应用

(1)我们经常看到一些连接器焊盘图形位置印有油墨图形,这样的设计一般认为可以减少桥连现象。其机理可能是油墨层表面比较粗糙,容易吸附比较多的助焊剂,焊剂遇高温的熔融焊锡挥发而形成隔离气泡,从而减少了桥连的发生。

(2)如果引脚焊盘间距离<1.0mm,可以在焊盘外设计阻焊油墨层,以降低桥连的发生概率,它主要消除密集焊盘中间焊点间的桥连,而盗锡焊盘主要消除密集焊盘群最后脱锡端焊点的桥连它们的功能不同。因此,对于引脚间距比较小的密集焊盘,阻焊油墨与盗锡焊盘应一起使用。

 


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