摘要
無鉛選擇性波峰焊對散熱困難的PCB板指導(dǎo)方針,由于無鉛合金在電子組裝業(yè)中運(yùn)用越來越廣,因此,電子組裝業(yè)投入大量精力為無鉛合金研發(fā)DFM指導(dǎo)方針。 然而,波峰焊仍面臨著諸多挑戰(zhàn),因為它是一個復(fù)雜的工藝,其中有許多相互關(guān)聯(lián)的因素。 波峰焊面臨的挑戰(zhàn)之一是要為較厚的PCB板尋找良好的引腳通孔管,特別是能夠把較厚的PCB電源/接地引腳連接到多個平面層的引腳通孔管。 選擇性波峰焊工藝中一個重要因素是PTH引腳周圍治具口徑的尺寸。 據(jù)觀察,與較小的治具口徑相比,較大的治具口徑能提供更好的管裝填充,但此結(jié)論還需進(jìn)一步研究,以便為更多散熱困難的產(chǎn)品設(shè)計zui合適的治具口徑。使用推薦的治具口徑可以指導(dǎo)DFM設(shè)計,防止元件進(jìn)入電路板焊接面上PTH的引腳區(qū)。
本文介紹使用各種尺寸的選擇性治具口徑研究較厚的散熱困難的實驗載體所得的結(jié)果。實驗載體厚度為3.05mm(0.120”),具有20個銅層,包括10個平面層,并填充不同的PTH元件類型。其它的設(shè)計參數(shù)包括Pin腳到銅孔的距離,連接到每個Pin腳的平面層數(shù)量。實驗設(shè)計*個階段是優(yōu)化波峰焊工藝參數(shù),第二階段是保持優(yōu)化的工藝參數(shù)不變,只改變治具口徑大小。zui后討論不同尺寸的治具口徑和其它設(shè)計因素相互作用的結(jié)果。
介紹
圖3 元件設(shè)計
表2 元件接地連接數(shù)量
表3 Pin腳和銅孔間隙
檢測策略
圖5 X-射線程序驗證C20元件
圖6 X-射線程序驗證D5元件
圖7 X-射線程序驗證H4元件
實驗細(xì)節(jié)
無鉛
表5.無鉛實驗中治具口徑尺寸
DIMM連接器的分析:無鉛焊料
圖12 DIMM設(shè)計和電路板傳送方向
圖14 無鉛實驗中,治具口徑,元件和DIMM連接器接地Pin腳之間相互關(guān)系
DIMM連接器分析:無鉛焊料及治具口徑
DIMM連接器分析:SnPb焊料
圖16 SnPb實驗中, DIMM連接器銅孔透錫性結(jié)果 圖17 治具口徑和DIMM連接器對銅孔透錫率的影響
電容分析:無鉛焊料
圖18 電容器,治具口徑和元件對銅孔透錫合格率的影響 圖19 電容器和治具口徑相互關(guān)系
圖20 電容器設(shè)計和電路板傳送方向
6.5mm的電解電容(E-caps)有10個平面層和接地Pin腳(C3和C7)相連,在研究范圍內(nèi)增加治具口徑,對合格率沒有影響。12.5mm的電解電容有6個或4個平面層和接地Pin腳(C19和C20)相連,在研究范圍內(nèi),增加治具口徑,合格率有顯著提高。gold 電解電容有4個或6個平面層和接地Pin腳(G1和G2)相連,使用研究范圍內(nèi)的治具口徑,不合格率為零。gold 電解電容的G1和G2都使用zui小的治具口徑,兩者合格率沒有區(qū)別,都能達(dá)到*結(jié)果:G1(連接4個平面層)為3.81mm (0.150”), G2 (連接6個平面層)7.62 mm (0.300”)。
PCI連接器分析:無鉛焊料
PCI連接器P2使用六個不同尺寸的銅孔(見圖24)。如圖3所示,該元件與波峰焊方向平行。
圖24 PCI (P2) 連接器 FHS
圖25 無鉛實驗中,F(xiàn)HS和P2治具口徑的相互關(guān)系 圖26 無鉛實驗中,F(xiàn)HS和P2治具口徑的相互關(guān)系
PCI連接器分析:無鉛焊料和開放式治具
接頭,D型連接器,直流/直流轉(zhuǎn)換器,電源接口分析:無鉛焊料
圖29 H2, H4, J1, J4, PM1不合格率
介紹
在產(chǎn)品生命周期早期,可制造性設(shè)計(DFM)在提高產(chǎn)品可制造性,產(chǎn)量和成本利潤方面起著重要作用。設(shè)計定案前,通過考慮DFM對制造的影響,可以解決設(shè)計和制造的矛盾,并以有成本效益的方式做出*決策。一旦確定設(shè)計,要想做出改變就非常困難,實施起來的花費(fèi)也會很昂貴。組裝技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計需求在不斷變化,因此DFM指導(dǎo)方針要不斷發(fā)展才能滿足不斷變化的要求。在波峰焊工藝中,含鉛焊料向無鉛焊料的轉(zhuǎn)變,使之有必要對DFM指導(dǎo)方針做出重新評估。
波峰焊是一道復(fù)雜的工藝,涉及許多變量,設(shè)計因素和它們之間的相互作用。早期工作記錄了從有鉛焊接到無鉛焊接轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷的一系列挑戰(zhàn)。增加PCB厚度和熱質(zhì)量也會增加挑戰(zhàn)。除了對眾多Pin腳通孔(PTH)元件進(jìn)行面板雙面設(shè)計外,選擇性波峰焊也經(jīng)常用來連接PTH元件。選擇性波峰焊工藝?yán)门c產(chǎn)品配套的治具保護(hù)電路板底部的SMT元件,并在治具上留有小孔,使PTH元件Pin腳能夠接觸到焊料。為治具小孔設(shè)計DFM指導(dǎo)方針的目的是得到可接受的組裝結(jié)果,而無需過度限制設(shè)計設(shè)計。
圖2 板子堆疊 表1 元件組裝本文重點(diǎn)研究選擇性波峰焊治具孔徑的尺寸對PTH銅孔透錫性及包含大量平面層的較厚測試載體的影響。選出的測試載體代表運(yùn)用在無鉛選擇性波峰焊上現(xiàn)實但具挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品設(shè)計。本文研究治具孔徑對各種類型元件的影響及孔徑尺寸和其他設(shè)計特點(diǎn)的相互作用。測試載體上加載著錫-銀-銅(SAC)焊料和錫鉛焊料,這樣可以更好理解轉(zhuǎn)換無鉛焊料對較厚且散熱困難的電路板的影響。
測試載體
圖1 測試載體和元件
測試載體
使用的測試載體是一個280mmx404mm(11”×16”)的電路板,厚度為3.00mm(0.120”),共20層,代表高度復(fù)雜,散熱困難的產(chǎn)品,比如服務(wù)器,工業(yè)和電信產(chǎn)品等。測試載體選用的PTH元件是安裝在通訊板上的常見元件(表1)。根據(jù)研究需要,修改現(xiàn)有測試載體,載體板上留出大量空隙。組裝電路板如圖1所示。電路板共10個平面層,其中8層含銅量為1oz,2層含銅量為2oz。板子堆疊情況如圖2所示。
圖1 測試載體和元件
組裝元件中,連接Pin腳的接地層數(shù)量不同,其目的在于模仿產(chǎn)品的典型性連接。圖3和表2顯示接地連接詳情。另外圖3也顯示了電路板傳送方向。
圖3 元件設(shè)計
表2 元件接地連接數(shù)量
先前的實驗顯示Pin腳對銅孔上孔間隙的影響,孔間隙降低銅孔透錫性,并降低合格率。每個元件的孔洞大小和孔間隙所對應(yīng)的Pin腳如表3所示。
表3 Pin腳和銅孔間隙
檢測策略
組裝完成后,使用X射線檢測機(jī)檢測銅孔透錫率。根據(jù)IPC-A-610E電子組件可接受范圍要求檢測合格/不合格率。對于信號Pin腳來說,銅孔透錫率不能低于75%。本次研究使用兩個X-射線程序。使用10個slice 程序,10%的分辨率測量銅孔透錫率(圖4)。40%接地Pin腳測量是由10個slice程序提供。獨(dú)立的slice程序,只有銅孔深度的75%,測量信號Pin腳不合格數(shù)。
圖4 X-射線檢測程序:10個slices
圖4 X-射線檢測程序:10個slices
為了驗證X射線檢測機(jī)檢測結(jié)果,提供了3個參考指標(biāo)的截面圖和銅孔透錫率。下圖5.6.7所示是截面對比圖和X-射線檢測結(jié)果。此結(jié)果證實了之前X-射線檢測結(jié)果,說明X-射線檢測PTH銅孔透錫性方法是毋庸置疑的。
圖5 X-射線程序驗證C20元件
圖6 X-射線程序驗證D5元件
圖7 X-射線程序驗證H4元件
實驗細(xì)節(jié)
無鉛
在具有不同治具口徑的測試載體組裝前,工藝參數(shù)通過獨(dú)立的實驗程序確定。表4所示的是DOE變量和常數(shù)因子。使用具有10個slice程序的X-射線分析其結(jié)果。結(jié)果表明,長時間接觸和較高預(yù)熱溫度可以達(dá)到*銅孔透錫率。然后將實驗結(jié)果運(yùn)用在所有電路板組裝的主試驗中。
圖4 無鉛工藝優(yōu)化
在主要的無鉛實驗中運(yùn)用八個不同的治具。對于每個治具來說,從孔壁到zui近的PTHpad距離都不一樣。所有治具厚度為8mm(0.315”)。不同尺寸的治具口徑都有一個相對應(yīng)的SMT元件,這樣元件就不會進(jìn)入PTHpad中。額外的距離為治具壁接觸和密封PCB表面提供空間,并降低板子放在治具上時,對SMT元件的損壞。圖8所示的是口徑為2.54 mm (0.100”)的治具和相應(yīng)的SMT元件。
圖8 2.54mm (0.100”) 治具口徑
圖4 無鉛工藝優(yōu)化
在主要的無鉛實驗中運(yùn)用八個不同的治具。對于每個治具來說,從孔壁到zui近的PTHpad距離都不一樣。所有治具厚度為8mm(0.315”)。不同尺寸的治具口徑都有一個相對應(yīng)的SMT元件,這樣元件就不會進(jìn)入PTHpad中。額外的距離為治具壁接觸和密封PCB表面提供空間,并降低板子放在治具上時,對SMT元件的損壞。圖8所示的是口徑為2.54 mm (0.100”)的治具和相應(yīng)的SMT元件。
圖8 2.54mm (0.100”) 治具口徑
無鉛實驗中使用的8個不同尺寸的治具口徑和相應(yīng)的元件,如圖表5所示。對8個治具設(shè)計的每一個設(shè)計重復(fù)組裝5次。
表5.無鉛實驗中治具口徑尺寸
此外,3個電路板和一個*開放的波峰焊治具一同被組裝。對于更復(fù)雜的擁有*SMT包裝的產(chǎn)品來說,使用*開放的波峰焊治具顯然不是一個現(xiàn)實的生產(chǎn)選擇。實驗中的電路板是為了在理想的治具孔徑條件下提供一個基準(zhǔn)。
SnPb
表6 SnPb工藝優(yōu)化
表7. SnPb實驗中治具口徑尺寸
結(jié)果與分析SnPb
在具有不同治具口徑的測試載體組裝前,工藝參數(shù)通過獨(dú)立的實驗程序確定。表6所示的是DOE變量和常數(shù)因子。使用具有10個slice程序的X-射線分析其結(jié)果。結(jié)果表明,長時間接觸和較高預(yù)熱溫度可以達(dá)到*銅孔透錫率。然后將實驗結(jié)果運(yùn)用在所有電路板組裝的主試驗中。
表6 SnPb工藝優(yōu)化
在主要的SnPb實驗中運(yùn)用四個不同的治具。對于每個治具來說,從孔壁到zui近的PTHpad距離都不一樣。所有治具厚度為8mm(0.315”),和在無鉛實驗中用的厚度相同。SnPb實驗中使用的4個不同尺寸的治具口徑和相應(yīng)的元件,如圖表7所示。對4個治具設(shè)計的每一個設(shè)計重復(fù)組裝3次.
表7. SnPb實驗中治具口徑尺寸
DIMM連接器的分析:無鉛焊料
運(yùn)用一般線性模型分析DIMM連接器,涉及兩個因素,治具口徑尺寸和元件參考標(biāo)志。每個參考標(biāo)志都認(rèn)為是獨(dú)立的,因為每個標(biāo)志都有一套不同的屬性,包括連接接地Pin腳的接地層數(shù),波峰焊方向,板前端裝載的位置。運(yùn)用銅孔透錫不合格率分析實驗結(jié)果,透錫率低于40%,認(rèn)為接地Pin腳不合格,透錫率低于75%,認(rèn)為信號Pin腳不合格。該模型的方差分析結(jié)果如圖9所示。假定值小于0.05表明該因素統(tǒng)計結(jié)果可信度在95%。統(tǒng)計結(jié)果表明,治具口徑和元件屬性都對銅孔透錫不合格率有明顯影響。
圖9 方差分析結(jié)果
圖9 方差分析結(jié)果
分析結(jié)果(圖10)表明,不同的治具口徑對銅孔透錫不合格率的影響有明顯差異。zui小的治具口徑為1.27mm(0.050”),目前為止,此口徑下的銅孔透錫不合格率zui高。隨著口徑尺寸不斷增加,銅孔透錫不合格率在一直減少,直到zui大治具口徑增加到7.62mm(0.300”)為止。在zui大治具口徑中(7.62 mm 到 10.16 mm),銅孔透錫不合格率幾乎沒有差別。
主部件效果圖(圖10)顯示,在DIMM中,D1不合格率zui低。這歸因于在當(dāng)前元件位置上良好的因素組合:與波峰焊方向垂直,每個接地Pin腳所連接的平面層zui少(只有四個平面層)。這些因素被證明有利于提高銅孔透錫合格率。D1和D4顯示的不合格率差別小,但意義重大。DIMM中,D1和D4都與波峰焊方向垂直,能夠同時接觸到波峰。因此,它們之間的差異在于連接接地層數(shù)量:D1連接四個平面層,D4連接六個平面層。實驗結(jié)果與之間的測試一致。
圖10 治具口徑和DIMM元件屬性對銅孔 圖11 治具口徑和DIMM元件相互作用
不合格率的影響
不合格率的影響
圖12 DIMM設(shè)計和電路板傳送方向
目前,D5在DIMM中的銅孔透錫不合格率zui高。它與波峰焊方向平行,位于板子前端,也是在DIMM中*個接觸波峰焊的。D5和D6比較結(jié)果顯示,從前一個元件到后一個相鄰元件的熱傳遞是有利影響。D5和D6都與波峰焊平行,每個接地Pin腳連接的平面層都相同(六層)。兩者*區(qū)別是板子上位置不同,也就是接觸波峰焊順序不同。
實驗中一項有趣的觀察是比較D4和D6實驗結(jié)果,它們連接的平面層數(shù)量相同(六層)。與平行于波峰焊方向的D6相比,垂直于波峰焊方向的D4表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。然而,這兩組測試所顯示出的銅孔透錫不合格率沒有太大差別。因為通過焊料流到D5(*個接觸波峰焊)銅孔,熱量轉(zhuǎn)移到內(nèi)部平面層,D6可以在此過程中大大受益。從D5的熱量轉(zhuǎn)移使D6大大受益,足以抵消其平行于波峰焊方向所帶來的不利影響.
從圖11和13可以看出,增加治具口徑可以減少元件間差異。使用較大的治具口徑雖然不能*消除由于方向,平面層數(shù)量和在板子上的位置給D5帶來的不利影響,但這種影響可以大大較少。使用zui大的治具口徑,D1和D4之間不合格率的差別就變得微乎其微。由此證明,在一定程度上,額外增加的接地層數(shù)所帶來的不利影響可以通過使用較大治具口徑來抵消。
圖13 DIMM在不同治具口徑間的不合格率 (無鉛)
圖13 DIMM在不同治具口徑間的不合格率 (無鉛)
圖14顯示治具口徑,元件和連接類型(信號或接地)之間相互關(guān)系。圖中可以看出,接地Pin腳對治具口徑非常敏感,口徑越大,銅孔透錫合格率越高。而對于信號Pin腳來說,治具口徑對銅孔透錫合格率沒有影響,即使非常小的治具口徑也能達(dá)到很高的合格率。
圖14 無鉛實驗中,治具口徑,元件和DIMM連接器接地Pin腳之間相互關(guān)系
DIMM連接器分析:無鉛焊料及治具口徑
對于裝有治具的電路板來說,裝有開放式治具的電路板狀況*。但對多數(shù)產(chǎn)品設(shè)計來說,使用開放式治具一般不可行。圖15顯示的是DPMO 10.16mm(0.400”)的DIMM連接器治具口徑和開放式治具。與圖11顯示的趨勢一致,DIMMD5顯示使用開放式治具,不合格率明顯降低。盡管其它DIMM也顯示不合格率有所下降,但較大治具孔和開放式治具對不合格率影響的差別不大。這些結(jié)果顯示,使用開放式治具可以減輕由于D5裝在板的前端,并與波峰焊方向平行而對其帶來的負(fù)面影響。通過研究DIMM上D5的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)治具口徑越大,不合格率越低。DIMM上具*條件的D1和D4,其治具口徑的大小對合格率幾乎沒有影響。
圖15 無鉛實驗中,DIMM DPMO開放式治具和10.16mm (400 mils)治具
即使使用開放式治具,DIMM作為一個小組,其不合格率仍相對較高。因此,應(yīng)當(dāng)對其它方面做出改善來達(dá)到可接受的組裝產(chǎn)率。在DIMM實例中,由于Pin腳間距離很近,增加Pin腳和銅孔的比例常常受限。然而,可以考慮通過減少平面層的數(shù)量并確保和波峰焊方向一致來進(jìn)行改善。
圖15 無鉛實驗中,DIMM DPMO開放式治具和10.16mm (400 mils)治具
DIMM連接器分析:SnPb焊料
圖16所示的是配有4個治具口徑的4個DIMM連接器中每個Pin腳銅孔透錫率。據(jù)觀察,通常情況下,四個元件無論備有哪種治具口徑,銅孔透錫性和dispersion都是相似的。圖17顯示,使用較大治具口徑,不合格率會下降。然而,不同治具口徑之間不合格率卻沒有太大差別。同時,圖17表明四個DIMM元件間不合格數(shù)量也沒有太大差別。這些實驗結(jié)果與使用無鉛焊料實驗結(jié)果有很大差別。此結(jié)果與之前的研究相一致:在波峰焊中,與SnPb焊料相比,無鉛焊料對設(shè)計變量更敏感。為了在無鉛焊接中達(dá)到滿意的組裝結(jié)果,必須更加重視產(chǎn)品設(shè)計。
圖16 SnPb實驗中, DIMM連接器銅孔透錫性結(jié)果 圖17 治具口徑和DIMM連接器對銅孔透錫率的影響
電容分析:無鉛焊料
圖18所示,在實驗所研究的尺寸范圍內(nèi),治具口徑越大,不合格率越低。主部件參考標(biāo)志效果圖強(qiáng)調(diào)電容參考標(biāo)志平均不合格率差別較大。如圖19所示,從治具口徑和參考標(biāo)志相互關(guān)系可以看出,只有部分電容器會隨著治具口徑的增加而受益,受益的程度也會根據(jù)元件的位置有所不同。
圖18 電容器,治具口徑和元件對銅孔透錫合格率的影響 圖19 電容器和治具口徑相互關(guān)系
圖20 電容器設(shè)計和電路板傳送方向
6.5mm的電解電容(E-caps)有10個平面層和接地Pin腳(C3和C7)相連,在研究范圍內(nèi)增加治具口徑,對合格率沒有影響。12.5mm的電解電容有6個或4個平面層和接地Pin腳(C19和C20)相連,在研究范圍內(nèi),增加治具口徑,合格率有顯著提高。gold 電解電容有4個或6個平面層和接地Pin腳(G1和G2)相連,使用研究范圍內(nèi)的治具口徑,不合格率為零。gold 電解電容的G1和G2都使用zui小的治具口徑,兩者合格率沒有區(qū)別,都能達(dá)到*結(jié)果:G1(連接4個平面層)為3.81mm (0.150”), G2 (連接6個平面層)7.62 mm (0.300”)。
zui近調(diào)查顯示,接地數(shù)量越多,Pin腳和銅孔之間距離越小,銅孔透錫性就越差。據(jù)觀察,對PTH電解電容來說,要想在無鉛條件下提高銅孔透錫性,就要加大Pin腳和銅孔之間的距離。
目前的實驗結(jié)果證實了平面層數(shù)量對無鉛波峰焊較厚的PCB板有重要影響。如果設(shè)計要求允許,減少平面層數(shù)量可以提高PTH電解電容無鉛波峰焊產(chǎn)量。對于數(shù)量中等的平面層(四到六層),增加治具口徑尺寸可以提高組裝產(chǎn)量。對于數(shù)量較多的平面層(十層),只增加治具口徑尺寸,產(chǎn)量沒有顯著提高。
電容器分析:無鉛焊料和開放式治具
電容器分析:SnPb焊料電容器分析:無鉛焊料和開放式治具
圖21顯示電解電容C19,C20,C3,C7每塊電路板不合格率。Gold電解電容的G1和G2使用實驗中zui大治具口徑,不合格率為零,因此,即使G1和G2使用開放式治具,也不會有額外提高。使用開放式治具,C19和C20不合格率降到零。這說明,如果治具口徑比實驗中使用的治具口徑大,可以在降低不合格率方面增加額外優(yōu)勢。此結(jié)果支持圖19所示的曲線圖。相比之下,使用開放式治具,C3和C7不合格率仍然較高。這說明,盡管增加治具口徑大小可以為這些零件提供一些改善,但為了達(dá)到滿意的結(jié)果,還需在其它方面做出進(jìn)一步改善,例如擴(kuò)大Pin腳到銅孔距離,減少平面層數(shù)量等。
圖21 載有10.16mm治具口徑和開放式無鉛治具電路板C19, C20, C3,C7不合格率
圖21 載有10.16mm治具口徑和開放式無鉛治具電路板C19, C20, C3,C7不合格率
電容器SnPb組裝主效果分析(圖22)表明,治具之間存在明顯差異,尺寸為3.81mm (0.150”) 和 5.08 mm (0.200”)的治具口徑產(chǎn)生的不合格率zui低。從主效果分析圖上可以看出,只有C3和C7存在不合格率。無鉛實驗結(jié)果表明,接地平面層(10層)越多,Pin腳和銅孔距離越小,元件上的不合格率越高。
和無鉛組裝不同,C3和C7受益于較大的治具口徑,如圖23所示。實驗中,其它電容器即使使用zui小的治具口徑(1.27mm)不合格率也能為零。此結(jié)果與已證實的實驗結(jié)果一致:無鉛波峰焊比SnPb波峰焊面臨更多挑戰(zhàn),需要更嚴(yán)格的DFM指導(dǎo)方針以達(dá)到滿意的裝配收益。
圖22 PTH電容器治具口徑和元件對銅孔透錫率的影響 圖23 治具口徑和PTH電容器相互關(guān)系
圖22 PTH電容器治具口徑和元件對銅孔透錫率的影響 圖23 治具口徑和PTH電容器相互關(guān)系
PCI連接器分析:無鉛焊料
PCI連接器P2使用六個不同尺寸的銅孔(見圖24)。如圖3所示,該元件與波峰焊方向平行。
圖24 PCI (P2) 連接器 FHS
圖25顯示治具口徑和P2銅孔尺寸的相互關(guān)系。FHS越小,與治具口徑尺寸的相互作用越強(qiáng)。比如尺寸為0.58 mm (0.023”), 0.71 mm (0.028”) 和0.84 mm (0.033”)的FHS。同時,圖25顯示尺寸范圍在1.17 mm 到 3.81 mm (0.050” 到 0.150”)的治具口徑表現(xiàn)出非常高的DPMO水平。范圍在1.09 mm (0.043”) 到 1.22 mm (0.048”) 之間較大的FHS,DPMO水平相同,此時治具口徑對它們沒有影響。
為了更好說明較大治具口徑的FHS差異,圖26所示的是尺寸為5.08 mm (0.200”)以上的治具口徑表現(xiàn)出的DPMO水平。在這些條件下,中等范圍的FHS(0.84 mm ,0.033”)表現(xiàn)出的DPMO水平*,其次是尺寸為0.97 mm (0.038”)的FHS。
圖25 無鉛實驗中,F(xiàn)HS和P2治具口徑的相互關(guān)系 圖26 無鉛實驗中,F(xiàn)HS和P2治具口徑的相互關(guān)系
PCI連接器分析:無鉛焊料和開放式治具
圖27所示的是PCI連接器P2的DPMO水平。使用開放式治具,0.73 mm (0.028”)以上的FHS產(chǎn)生的不合格率為零。這說明,如果治具口徑比實驗中使用的治具口徑大,可以在降低不合格率方面增加額外優(yōu)勢。
圖27 使用開放式治具P2的DPMO水平
PCI連接器分析:SnPb焊料
圖27 使用開放式治具P2的DPMO水平
PCI連接器分析:SnPb焊料
裝有SnPb焊料的PCI連接器分析如下圖28所示。只有尺寸為0.71 mm (0.028”)和0.97 mm (0.038”)的FHS產(chǎn)生不合格率。不合格的Pin腳位于連接器末端。
圖28 使用SnPb焊料P2的DPMO水平
圖28 使用SnPb焊料P2的DPMO水平
接頭,D型連接器,直流/直流轉(zhuǎn)換器,電源接口分析:無鉛焊料
如圖29所示,接頭連接器H2和H4不合格率差別很小。7.62 mm (0.300”)以上的治具口徑不合格率降到可接受的水平。兩個接頭都與波峰焊垂直,并同時接觸到波峰。兩者間的差異在于連接接地層數(shù)量不同:H2連接四個平面層,H4連接六個平面層。對于此款接頭類型,增加兩個額外的接地層對合格率沒有影響。
對于D型連接器J4來說,使用2.54 mm (0.100”)以上的治具口徑可以達(dá)到*效果。對于連接四個接地層的直流/直流轉(zhuǎn)換器PM1來說,5.08mm (0.200”) 以上的治具口徑可以達(dá)到*效果。
圖29 H2, H4, J1, J4, PM1不合格率
對于電源接口J1來說,通過增加治具口徑的尺寸,可以降低不合格率。然而,即使使用zui大的治具口徑,不合格率仍非常高。造成如此高的不合格率可能是因為Pin腳和銅孔之間距離太小(0.13mm),而且連接到接地Pin腳的平面層有十層。使用開放式治具,J1不合格率降到零。這說明,如果治具口徑比實驗中使用的治具口徑大,可以在降低不合格率方面增加額外優(yōu)勢。
接頭,D型連接器,直流/直流轉(zhuǎn)換器,電源接口分析:SnPb焊料
結(jié)論
接頭,D型連接器,直流/直流轉(zhuǎn)換器,電源接口分析:SnPb焊料
對于接頭連接器(H2 和 H4),D型連接器(J4), 直流/直流轉(zhuǎn)換器(PM1)和電源接口(J1)來說,由于不合格率很低,因此使用SnPb焊料幾乎沒有影響。
結(jié)論
實驗結(jié)果證實了前面的結(jié)論:選擇性波峰焊無鉛焊料不及SnPb焊料可靠。在產(chǎn)品設(shè)計中,無鉛焊料對變量更加敏感。因此,為了在較厚且散熱困難的PCB上實現(xiàn)令人滿意的結(jié)果,必須更加重視產(chǎn)品設(shè)計,例如,平面連接組件的方向,平面層數(shù)量,PTH銅孔尺寸和PTH Pin腳周圍的SMT keepouts。
對于在較厚且復(fù)雜的電路板上使用無鉛焊料治具口徑的重要發(fā)現(xiàn)
一般來說,增加PTH Pin腳周圍治具口徑尺寸對降低不合格率很有幫助。通過增加治具口徑所得的受益程度很大一方面依賴于其它條件。例如,依賴于元件類型,Pin腳和銅孔比例,元件方向和平面層數(shù)量。對多數(shù)元件來說,7.62 mm (0.300”)的治具口徑能夠取得滿意的組裝結(jié)果。同時,也要遵循DFM指南所列舉的其它重要因素。例如,平面層數(shù)量,Pin腳和銅孔比例,熱風(fēng)焊盤的使用等。電容器可能需要更大的治具口徑才能達(dá)到滿意的結(jié)果。
對于在較厚且復(fù)雜的電路板上使用無鉛焊料治具口徑的重要發(fā)現(xiàn)
一般來說,增加PTH Pin腳周圍治具口徑尺寸對降低不合格率很有幫助。通過增加治具口徑所得的受益程度很大一方面依賴于其它條件。例如,依賴于元件類型,Pin腳和銅孔比例,元件方向和平面層數(shù)量。對多數(shù)元件來說,7.62 mm (0.300”)的治具口徑能夠取得滿意的組裝結(jié)果。同時,也要遵循DFM指南所列舉的其它重要因素。例如,平面層數(shù)量,Pin腳和銅孔比例,熱風(fēng)焊盤的使用等。電容器可能需要更大的治具口徑才能達(dá)到滿意的結(jié)果。
如不遵循DFM指南所列舉的其它重要因素,例如不遵循推薦的平面層數(shù)量及Pin腳和銅孔的比例,只增加治具口徑尺寸,將不足以抵消負(fù)面影響并達(dá)到滿意的結(jié)果。這對于散熱困難的元件,如電容器影響特別明顯。因此,要想通過加大治具口徑達(dá)到zui滿意的效果,應(yīng)當(dāng)注重其它因素,如減少平面層數(shù)量等。
除治具口徑外,一些有趣的實驗結(jié)果:
除治具口徑外,一些有趣的實驗結(jié)果:
至少在一定條件下,從前一個元件到后一個相鄰元件的熱傳遞對后一個元件是非常有利的。需要進(jìn)一步實驗,以便更好理解此現(xiàn)象并有效地應(yīng)用在電路板設(shè)計中。對于使用較大治具口徑的PCI連接器來說,使用研究范圍內(nèi)中等尺寸的銅孔能夠達(dá)到*結(jié)果。出現(xiàn)這種情況的原因尚不明確,因此,需要進(jìn)一步研究,以便更好理解為什么較大銅孔比中等銅孔產(chǎn)生的不合格率高。
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明“來源:化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源(非化工儀器網(wǎng))的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實性負(fù)責(zé),不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時,必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。