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4 I( o9 e/ `! g8 \. \6 ?8 }0 t. o编者按5 Q5 X& T2 J, Y8 V- | W- m
不同Pitch的BGA该有怎样不同的钢网开口?相同Pitch的QFP和QFN的开口宽度是否该一样?锡膏印刷是SMT工艺的皇冠,而钢网开口设计则是那皇冠上的珍珠,没有一个合理的钢网开口,印刷工艺能力将无从谈起。问渠哪得清如许,为有源头活水来。以下内容为您打开锡膏印刷的源头活水---焊盘设计、钢网开口秘笈。
$ J2 U* z3 Q1 {背景% y, J6 a0 H; S, l, c9 m x
在板级产品的焊接加工(SMT)中,印制板的焊盘设计、以及模板开口对焊点的合格率和可靠性具有重要的作用。将这两者与元件的尺寸关系处理好,焊接产品的质量和可靠性将大幅度提高。因此需要认真审核、评估焊盘设计、模板(钢网)开口以及与元件尺寸的相互关系。本文主要论述了如何进行焊盘设计、模板(钢网)开口的工艺评审工作。
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工艺评估与分析3 t" M% |/ a& G6 Q4 W
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选取QFP、等几个典型的元件进行焊盘的审核和模板开口分析。
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QFP 元件
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6 r. J2 [8 U+ L, o; E4 L一般分析的步骤分为:
7 B* C; E# n, O0 V* T9 z第一,对元件尺寸进行审核,可以查找供应商给出的元件清单(PDF文件),也可以直接测量。主要检查元件间距P、引脚尺寸(长度T、宽度W)、以及翼型引脚内间距S。
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h; ]; O" y. ]) t7 [1 D6 z( B第二,对焊盘尺寸进行审核,检查焊盘的尺寸(长X、宽Y)、翼型引脚焊盘内间距G,以及是否存在累计误差。
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第三,审核模板尺寸,主要检查模板的开口尺寸,并计算其面积比。尺寸测量见图1和表1。
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QFP元件安装图 模板尺寸测量图
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& @2 f" ]3 g; x s! u3 I QFP元件引脚尺寸标注图 vvQFP元件引脚尺寸测量图
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vvQFP元件引脚尺寸标注图 vvvvQFP元件引脚尺寸测量图
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' C- q* B, v9 V9 Q: g; v图1 QFP元件、印制板、钢网尺寸测量图2 b- ?: t. R5 }4 H: a3 e
表1:QFP元件设计、钢网工艺审核7 ]: x9 r/ A$ I' q! r1 {
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; }! X, d0 ^) ]. z从表1和图1可知:元件引脚长*宽为0.4 mm*0.2 mm、间距0.5 mm的欧翼型引脚;印制板焊盘设计长*宽为1.5*0.25 mm的锡铅焊盘;模板开口长*宽为1.5*0.25 mm(与焊盘1:1开口)的长方形孔,模板厚度0.13mm,模板开口的面积比为0.82,开口满足钢网设计要求。
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" t9 |7 l6 \1 F# |2 F% Y! r从分析的角度看设计、工艺都没有问题,但考虑到军工产品的可靠性,焊点中焊锡量越大,引脚与焊盘间的焊锡越厚,可靠性越高,还可将模板厚度加大到0.15 mm,模板开口加大到0.3 mm,这样可以增加印刷焊膏体积,提高可靠性。; T& d3 m+ h; `5 z% i& _
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+ b- T) N. Z, Q& `+ s- H% Y( YBGA元件
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7 {: [3 f# ?1 G# u* lBGA元件主要审查焊球尺寸、印制板焊盘尺寸,以及模板开口尺寸。往往印制板焊盘设计尺寸不满足要求,直径为焊球的80%左右,但0.5间距时,焊盘尺寸需要加大到0.3mm,以保证足够的焊料。BGA元件测量图见图2和表2. ( l2 b9 _7 ]* p4 o" d) W! l% J2 V! S$ ]
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BGA元件安装图 BGA元件尺寸测量图
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. S! W; v1 ~8 @6 a4 a" HBGA 印制板焊盘测量图 BGA钢网开口测量图
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( x7 H4 @1 z8 w5 D% X 印制板焊盘不平整 印制板焊盘不平整
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图2 BGA元件、印制板、钢网尺寸测量图4 x5 a9 \7 m4 Y: b+ P2 l0 H' |
表2:BGA元件设计、钢网工艺审核
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从表2和图2可知:BGA元件为直径0.45 mm、间距0.8 mm的无铅焊球;印制板焊盘设计为直径0.3 mm的锡铅焊盘,焊盘表面不平整;模板开口设计为直径0.45 mm(比焊盘尺寸加大0.15 mm)的圆孔,模板厚度0.13 mm,模板开口的面积比为2.7,开口满足钢网设计要求。印制板焊盘设计稍小,钢网开口已经做开口加大处理。建议将焊盘直径增加到0.35 mm以上,模板厚度加大到0.15 mm,提高印刷的焊膏量,提高可靠性。6 S' X8 y L2 L: Q! w7 u
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1.3
6 A- s2 G$ c/ M: R0 e: q无引脚阵列元件1 U: E; W6 v- S* {. v/ |. l
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无引脚元件只有底部可焊端,焊料的高度决定元件的可靠性,焊料越厚,可靠性约高。因此,审核时需要注意的是在保证不桥连的条件下尽量开口加大,模板增厚,以增加焊锡量。无引脚阵列元件测量图见图3和表3。* T7 f$ ^. M# f/ V5 [
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无引脚阵列元件图 无引脚阵列元件测量图
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" f! W. {& E3 C1 |# T N2印制板焊盘测量图 N2钢网开口测量图
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图3 无引脚阵列元件、印制板、钢网尺寸测量图
1 H1 q1 o* l, S( @6 T表3:BGA元件设计、钢网工艺审核9 b; b4 W6 B$ f9 E/ J% c
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" r1 a% X9 |+ Y% v% Z- c改善方法:; o6 ?: q) ?# Q5 K( }/ i
更改钢网的厚度,将增至0.15 mm厚,中间不增加筋,面积比还能达到1.08。这样既增加焊膏量,同时不影响印刷质量。元件为0.65 mm×0.65 mm的方形、无引脚镀金焊盘,间距1.27 mm。印制板焊盘设计为0.6 mm×0.6 mm锡铅焊盘,模板开口设计为0.65 mm×0.65 mm,厚度0.13 mm,模板开口的面积比为0.65,开口刚刚满足钢网设计要求。
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此元件的主要问题是工艺问题,即钢网的开口和厚度问题。由于元件无引脚,需要较多的焊膏来垫高焊点,提高焊点的可靠性;同时,元件底部有大量的金层,也需要大量的金属锡来溶解元件表面的金,在焊点中形成AuSn4的金属间化合物。而设计的模板开口中间增加一道0.15 mm的筋,使面积比由1.25降至0.69,导致焊膏量减少。另外,焊盘的尺寸比元件的尺寸小,如果模板1:1开口,焊锡量肯定不够,模板已经做了相应改善。4 S: y- j7 x% q o) L3 s; V
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0402元件+ L: } t) E: ?$ Y$ P ~+ e; d3 g
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1 O$ V" x) H5 ~. J7 j8 C# k0402元件安装的主要问题是立碑。造成元件立碑的原因为元件两端的润湿力不同而导致元件立起。3 w8 r2 J' I) c) Y
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有几个方面导致润湿力不同:第一,元件间距过大,贴装时元件焊端无法完全对称地搭接在焊膏上,焊接时元件两端受到的润湿力不平衡,造成立碑。第二,两焊盘中其中一焊盘大面积接地,造成两边焊盘受热不均匀,润湿力不是同时发生在元件两端而产生立碑。第三,元件其中一焊端出现润湿问题,导致元件受到的润湿力不同而产生立碑。大部分的情况是第一种情况。良好的片式元件设计应该考虑四个方面的要求:对称性、焊盘间距、焊盘剩余尺寸以及焊盘宽度,具体情况及数据见图4。 |
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