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一文读懂SMT再流焊接焊点的工艺可靠性设计

发布时间:2021-09-09 人气:

本文摘要:一、SMT再行东流焊焊点的结构特征表面贴装元器件一般来说是指片式元器件QFP、PLCC、BGA、CSP等,表面贴装所构成的焊接合部与通孔焊方式所构成的接合部有相当大的差异。SMT的黏合过程是在基板焊盘上通过印刷焊膏→贴装SMC/SMD→再行东流焊而已完成其黏合过程。 从黏合强度分析,SMT所构成焊点的黏合强度颇高通孔加装方式(THT)所构成的焊点强度。

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一、SMT再行东流焊焊点的结构特征表面贴装元器件一般来说是指片式元器件QFP、PLCC、BGA、CSP等,表面贴装所构成的焊接合部与通孔焊方式所构成的接合部有相当大的差异。SMT的黏合过程是在基板焊盘上通过印刷焊膏→贴装SMC/SMD→再行东流焊而已完成其黏合过程。

从黏合强度分析,SMT所构成焊点的黏合强度颇高通孔加装方式(THT)所构成的焊点强度。1.THT焊点结构对焊点强度的影响THT加装是将元器件的插槽直接插入PCB的金属化通孔(以下皆全称PTH孔)中,在焊中再行用钎料将其填满,构成焊点的结构,如图1右图。

图1THT焊点结构沿着PTH孔的壁面,PTH和元器件之间的相连将是很稳固的。这种连接结构构成较好焊点的条件,各不相同特例因素:①PTH孔与元器件之间的间隙:这一间隙值沿半径方向一般来说所取0.15~0.30mm(闻图2),此时,液态钎料就能十分好地填满其中的所有间隙;图2PTH孔与插槽间的间隙②PTH孔和元器件的可焊性;③焊点内部再次发生气孔的防治。上述因素中:①是在PCB图形设计阶段就已确定,而②、③则是在生产现场必须注目的。

从加装工艺性来看,通孔正好还起着了元器件插槽放入时的导向起到,可以增加加装犯规。所以从保证焊接合部的可靠性来看,THT方式更容易管理。

2.SMT焊点结构对焊点强度的影响SMT接合部结构仅有是通过钎料来承托其黏合强度的,如图3、图4右图。由于其焊强度的好坏在相当大程度上各不相同焊膏本身的材料特性,与THT方式比起,SMT的焊点没像PTH孔那样的承托焊部强度的机构。

因此,对接合部的可靠性设计和可靠性评估的重点是,焊膏的材料特性(尤其是疲惫特性)及接合部的形状。由于接合部的形状多种多样,因此,评估时一般来说使用计算机建模来展开。图3SMC(SMT)焊点图4SMD(SMT)焊点SMT生产线由焊膏印刷、贴片、再行东流焊等工序构成,这些工序都是包含产品生产中再次发生质量问题的原因。因此,在生产现场强化对上述各工序及其彼此间的掌控和管理,对保证产品质量具有类似的意义。

对接合部可靠性产生影响的主要因素归纳起来有特例4点:①供给PCB焊盘的钎料量;②PCB焊盘与元器件电极部之间的间隙;③元器件的贴放方位对PCB焊盘之间的方位偏差;④焊盘和元器件的可焊性。上述这些因素都包含了生产现场工艺过程控制的要素,对这些要素掌控的好与怕,必要左右焊接合部的可靠性,这也是对SMT再行东流焊点展开工艺可靠性设计计算出来的主要出发点,特别是在无铅制程中特别是在要注目的地方。特别强调对SMT再行东流焊焊点展开工艺可靠性设计的目的,就是要从产品投产前的工艺打算阶段就对生产现场将不会再次发生的各种不当模式展开预测,借此预先就采行适当的预防措施,将有可能再次发生的不良现象歼灭在生产开始之前,即从不想一个不当五品产生的理念提升到不想产生不当五品的条件不存在的高度。

而且工艺可靠性设计的优劣还将必要关系到生产效率的提升和产品的良品率。二、接合部工艺可靠性设计的任务针对表面贴装生产现场有所不同工序人组,有可能就是产生质量问题的原因。例如,对接合部可靠性产生影响的因素有:①焊膏印刷工序对PCB焊盘所供给的钎料量的原作;②贴片工序中元器件对PCB焊盘的方位偏差,以及元器件电极部与PCB焊盘间的间隙;③再行东流焊工序中温度曲线的优化。因此,在创建能保证产品生产高质量的SMT生产线时,不仅要对现场再次发生的所有不当加以预测,而且还要配有适当的现场缺失措施和对策。

三、工艺可靠性设计的定义和内容1.工艺可靠性设计的基本概念表面装配与穿孔加装较为,不仅生产现场管理的项目多,而且简单。在展开保证产品生产质量的SMT工艺过程控制时,不仅要对现场有可能再次发生的不良现象加以预测,而且还不应采取相应设施的缺失措施和对策。

这里将能防治现场再次发生不当的生产要素的设计,称作“工艺可靠性设计”。工艺可靠性设计的内容可概括为接合部可靠性设计、PCB焊盘设计、印刷钢网开口设计等3大部分内容,它们都可以利用计算机来展开,其中焊盘设计和钢网开口设计也可以用手工计算出来展开。

工艺可靠性设计的流程如图5右图。图5工艺可靠性设计流程2.利用计算机展开接合部可靠性设计利用计算机展开焊接合部的可靠性设计,即从可靠性的观点抵达确认焊接合部的适当的钎料量。

由于SMC/SMD再行东流焊后所构成的焊点结构多种多样,远比THT方式简单,因此,面临简单的接合部形状,使用计算机展开接合部的可靠性设计时,首先要确认可靠性的管理项目,其设计内容和设计的顺序如图6右图。图6工艺可靠性设计的顺序(1)确认钎料材质。

焊接合部可靠性的主要故障模式是钎料接合部疲惫寿命造成钎料裂纹所导致的过热,因此,自由选择钎料时要尤其注目其疲惫寿命特性。目前在有铅情况下广泛用于的钎料是Sn37Pb,无铅制程时较多用于Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)和高可靠性产品用的Sn3.8Ag0.7Cu(SAC387)。

(2)确认外部负荷。所谓外部负荷是针对所设计的钎料接合部有可能遭到的外部形变,这些外部形变往往由于受到环境机械振动和温度剧变等因素所构成。

(3)焊接合部设计。在确认了所搭配的钎料的疲惫寿命特性和外部负荷后,就可通过计算机建模仿真所画出能遭受寄居的形变或高温下接合部钎料的轮廓的屋状,并以此作为标准形状,由计算机证实正确性后,指出设计超过了目标。

(4)原作可靠性管理项目。已完成接合部设计后,就是原作现场可靠性管理项目。

原作时首先不应考虑到现场的有可能变动因素(例如,贴装元器件的位罝偏差、印刷焊膏量的误差、接合部钎料轮廓形状变化等),将这些变量败给计算机,再行根据这些变量对可靠性有可能导致的影响,确认对这些变量的适当的掌控范围,并具体其为可靠性的管理项目。上述结果也可作为生产线上管理可靠性的检查项目,利用计算机的建模功能,预先对生产线展开可靠性管理项目的研究。3.PCB焊盘设计焊接合部可靠性设计完了之后,就要展开焊盘的设计。展开焊盘设计时应考虑到的主要因素如图7右图。

图7焊盘设计时应考虑到的主要因素适当的钎料量是保证接合部可靠性的前提,元器件的贴装精度可避免元器件的贴装方位偏差。在不影响PCB布线间隙和加装密度的前提下,焊盘尺寸一般来说不应尽可能往大的允差附近。对在再行东流焊过程中有可能经常出现的桥连、尖立等现象,在设计时要采行一定的预防措施。

必需对各种各样不良现象的再次发生机理几乎掌控后再行制订焊区的涉及尺寸。4.印刷钢网开口尺寸设计要说接合部可靠性设计是为接合部求出适当的钎料量的话,那么印刷钢网开口尺寸大小的自由选择,就是为已设计的焊盘区获取再行东流焊中实际所需的钎料量。由钎料量要求钢网开口尺寸的具体步骤和方法方法可参考图8展开。


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