PCBA的熱設計是怎樣的？

    PCBA焊接采用的是熱風再流焊，依靠風的對流和PCB、焊盤、引線的傳導進行加熱。由于焊盤、引腳的熱容量大小以及受熱條件不同，因而焊盤、引腳在再流焊接加熱過程中同一時刻所加熱到的溫度也不同。如果這個溫度差比較大，就可能引起焊接不良，如QFP引腳的開焊、繩吸;片式元件的立碑、移位;BGA焊點的收縮斷裂等。同理，我們可以通過改變熱容量解決一些問題。

    (1)熱沉焊盤的熱設計。

   在熱沉元件的焊接中，會遇到熱沉焊盤的少錫的現象，這是一個可以通過熱沉設計改善的典型應用情況。

   對于上述情況，可以采用加大散熱孔熱容量的辦法進行設計。將散熱孔與內層接地層連接，如果接地層不足6層.可以從信號層隔離出局部作散熱層，同時將孔徑減少到小可用的孔徑尺寸。

   (2)大功率接地插孔的熱設計。

   在一些特殊產品設計中，插裝孔有時需要與多個地/電平面層連接。由于波峰焊接時引腳與錫波的接觸時間也就是焊接時間非常短，往往為2~3s,如果插孔的熱容量比較大，引線的溫度可能達不到焊接的要求，形成冷焊點。

   為了避免這種情況發(fā)生，經常用到一種叫做星月孔的設計,將焊接孔與地/電層隔開，大的電流通過功率孔實現。

    (3)BGA焊點的熱設計。

   混裝工藝條件下.會出現一種特有的因焊點單向凝固而產生的“收縮斷裂”現象，形成這種缺陷的根本原因是混裝工藝本身的特性，但是可以通過BGA角部布線的優(yōu)化設計使之慢冷而加以改善。

   根據案例提供的經驗，一般發(fā)生收縮斷裂的焊點位于BGA的角部，可以通過加大BGA角部焊點的熱容量或降低熱傳導速度，使其與其他焊點同步或后冷卻.從而避免因先冷卻而引起其在BGA翹曲應力下被拉斷的現象發(fā)生。

    (4)片式元件焊盤的設計。

   片式元件隨著尺寸越來越小，移位、立碑、翻轉等現象越來越多。這些現象的產生與許多因素有關，但焊盤的熱設計是影響比較大的一個方面。

   如果焊盤的一端與比較寬的導線連接，另一端與比較窄的導線連接，那么兩邊的受熱條件就不同，一般而言與寬導線連接的焊盤會先熔化(這點與一般的預想相反，一般總認為與寬導線連接的焊盤因熱容量大而后熔化，實際上寬的導線成了熱源，這與PCBA的受熱方式有關)，先熔化的一端產生的表面張力也可能將元件移位甚至翻轉。

   (5)波峰焊接對元件面的影響。

   ①BGAO

   0.8mm及其以上引腳中心距的BGA大部分引腳都是通過導通孔與線路層進行連接的。波峰焊接時，熱量會通過導通孔傳遞到元件面上的BGA焊點。根據熱容量的不同，有些沒有熔化、有些半熔化，在熱應力作用下很容易斷裂失效。

   ②片式電容。

   片式電容對應力非常敏感，容易受到機械和熱應力的作用而開裂。隨著托盤選擇波峰焊接的廣泛使用，在托盤開窗邊界處的片式元件很容易因熱應力而斷裂。

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PCBA組裝可靠性設計

組裝可靠性，也稱工藝可靠性，通常是指PCBA裝焊時不被正常操作破壞的能力。如果設計不當，很容易使焊接好的焊點或元器件遭到損壞或損傷。

BGA、片式電容、晶振等應力敏感器件，容易因機械或熱應力破壞，因此，設計時應該布局在PCB不容易變形的地方，或進行加固設計，或采用適當的措施規(guī)避。

(1）應力敏感元器件應盡可能布放在遠離PCB裝配時易發(fā)生彎曲的地方。如為了消除子板裝配時的彎曲變形，應盡可能將子板上與母板進行連接的連接器布放在子板邊緣，距離螺釘的距離不要超過10mm。

再比如，為了避免BGA焊點應力斷裂，應避免將BGA布局在PCB裝配時容易發(fā)生彎曲的地方。BGA的不良設計，在單手拿板時很容易造成其焊點開裂。

(2)對大尺寸BGA的四角進行加固。

PCB彎曲時，BGA四角部位的焊點受力大，容易發(fā)生開裂或斷裂。因此，對BGA四角進行加固，對預防角部焊點的開裂是十分有效的，應采用專門的膠進行加固，也可以采用貼片膠進行加固。這就要求元件布局時留出空間，在工藝文件上注明加固要求與方法。

以上兩點建議，主要是從設計方面考慮的，另一方面，應改進裝配工藝，減少應力的產生，如避免單手拿板、安裝螺釘使用支撐工裝。因此，組裝可靠性的設計不應僅局限于元件的布局改進，更主要的應從減少裝配的應力開始—采用合適的方法與工具，加人員的培訓，規(guī)范操作動作，只有這樣才能解決組裝階段發(fā)生焊點失效的問題。

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PCBA可制造性設計概述

PCBA的可制造性設計，不僅要解決可制造的問題，還要解決低成本、 高質量的制造問題。而“可制造”與“低成本、高質量”目標的達成，不僅 取決于設計，也取決于制...PCBA的可制造性設計，不僅要解決可制造的問題，還要解決低成本、 高質量的制造問題。而“可制造”與“低成本、高質量”目標的達成，不僅 取決于設計，也取決于制造，但更取決于設計與制造的協(xié)調與統(tǒng)一，也就是 “一體化”的設計。認識這一點非常重要，是做好PCBA可制造性設計的基礎。 只有認識到這一點，我們才能夠系統(tǒng)地、地掌握PCBA可制造性設計。

在大多數的SMT討論中，談到可制造性設計，基本上就是光學定位符 號設計、傳送邊設計、組裝方式設計、間距設計、焊盤設計等等，這些都是 一些設計“要素”，但核心是如何將這些要素“協(xié)調與統(tǒng)一”起來。如果不 清楚這點，即使所有的設計都符合要求，也不會收到預期的效果。

根據以上的認識，靖邦小編畫了一個圖，企圖闡明PCBA設計的核心與原則， 見下圖。

在圖中，空心箭頭表示設計的步驟，實線箭頭表示兩設計因素的主從關 系或決定關系，而虛線箭頭則表示可制造性設計對質量的影響。

在PCBA的可制造性設計中，一般先根據硬件設計材料明細表（BOM ) 的元器件數量與封裝確定PCBA的組裝方式，即元器件在PCBA正反面的元 器件布局，它決定了組裝時的工藝路徑，因此也稱工藝路徑設計；然后，根 據每個裝配面采用的焊接工藝方法進行元器件布局；最后根據封裝與工藝方 法確定元器件之間的間距和鋼網厚度與開窗圖形設計。

從上圖可以看到以下幾點。

1. 封裝是可制造性設計的依據和出發(fā)點

從上圖可以看到，封裝是可制造性設計的依據與出發(fā)點。不論工藝路 徑、元器件布局，還是焊盤、元器件間距、鋼網開窗，都是圍繞著封裝來進 行的，它是聯(lián)系設計要素的橋梁。

2. 焊接方法決定元器件的布局

每種焊接方法對元器件的布局都有自己的要求，比如，波峰焊接片式元件，要求其長方向與PCB波峰焊接時的傳送方向相垂直，間距大于相鄰元 件比較高的那個元件的髙度。

3. 封裝決定焊盤與鋼網開窗的匹配性

封裝的工藝特性，決定需要的焊膏量以及分布。封裝、焊盤與鋼網三者是相互關聯(lián)和影響的，焊盤與引腳結構決定了焊點的形貌，也決定了吸 附熔融焊料的能力。鋼網開窗與厚度設計決定了焊膏的印刷量，在進行焊 盤設計時必須聯(lián)想到鋼網的開窗與封裝的需求。下圖所示的兩個圖分別是 0.4mmQFP不同焊盤與鋼網匹配設計的焊膏熔融結果，由此可以看到下圖(a)比（b)設計要好，焊膏熔化后均勻地鋪展到焊盤上，顯示焊膏量與焊 盤尺寸比較匹配，而圖（b)顯示焊膏偏多，焊接時容易產生橋連。

4.可制造性設計與SMT工藝決定制造的良率

可制造性設計為高質量的制造提供前提條件和固有工藝能力（Cpk)，這 也是質量管理課程中提到“設計決定質量”的理由之一。

這些觀點或邏輯關系是可制造性設計內在聯(lián)系的體現，在可制造性設計時必須記住這些觀點，以便以“一體化”的思想進行可制造性的設計。

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