使用(yòng)SMD零件进行双面PCB焊接的最佳设计实践

2021-01-30

DFM指南倾向于将重点放在制造上，但是在设计中也应考虑PCB组装，以确保可(kě)以无缺陷地制造電(diàn)路板。双面印刷電(diàn)路板（两侧放置元件）具有(yǒu)一些重要的组装准则，以防止翘曲和低焊接强度。像其他(tā)制造缺陷一样，设计人员可(kě)以采取一些步骤来确保其双面PCBA具有(yǒu)很(hěn)高的良率。这是在双面PCB焊接后可(kě)以确保高产量的方法。

双面PCB焊接工艺

对于带有(yǒu)SMD组件的双面PCB，除非您选择手工组装，否则该板将需要进行顺序回流焊接。回流焊将用(yòng)于大批量生产/低成本原型设计，因此设计人员应在组装过程中计划回流焊。在双面PCB焊接过程中，将组件分(fēn)别放置并焊接在電(diàn)路板的每一侧。这里的技巧是在正确的温度和时间进行焊接，因為(wèi)第一侧的组件将经过两次回流焊接。

在此过程中，双面PCB上可(kě)能(néng)会出现一些缺陷。主要缺陷是翘曲，而次要缺陷是焊点薄弱或失效。将工艺应用(yòng)到双面板上并不一定需要特殊的设备，但是两次运行该工艺会使PCBA面临出现缺陷的风险。设计人员可(kě)以采用(yòng)一些基本步骤来防止双面板出现这些缺陷：

选择具有(yǒu)对称堆叠的较厚基板

较薄的板在回流焊接过程中更容易翘曲；如果厚度小(xiǎo)于标准PCB厚度，则您可(kě)能(néng)会翘曲。堆叠也应对称，以使热机械应力更均匀地分(fēn)布在整个板上。还建议使用(yòng)树脂含量和玻璃编织样式相似的预浸料和芯层板，因為(wèi)它们的CTE值非常相似。

选择较高Tg的底材

使用(yòng)具有(yǒu)较高玻璃化转变温度Tg的基板将有(yǒu)助于防止在顺序回流焊接过程中发生翘曲，这仅仅是因為(wèi)该板将比低Tg的基板经历更少的膨胀。对于标為(wèi)“低Tg”的基材，标准FR4基材的Tg值约為(wèi)130°C，对于归為(wèi)“高Tg”的基材，其Tg值约為(wèi)170°C以上。这低于无铅（Sn / Ag）焊料的典型峰值回流温度，该峰值温度可(kě)达到240-250°C。因此，选择较高Tg的基板以帮助防止双面PCB焊接期间的翘曲。 

双面BGA焊接

在板子两边焊接BGA怎么样？多(duō)个大型BGA封装并不常见，但是微型BGA封装正变得越来越普遍，并且是小(xiǎo)型组件的流行选择。就像其他(tā)SMD组件一样，您可(kě)以将它们放置在電(diàn)路板的两侧，以进行双面PCB回流焊接工艺。问题是，如何设计電(diàn)路板以确保最高的成品率？

典型的方法是使用(yòng)镜像，将相同的程序包直接放置在彼此的后面（例如RAM棒）。在包装不匹配的情况下，组件布置也将不匹配。首选的顺序是将更小(xiǎo)，更轻的BGA封装以及更小(xiǎo)的SMD组件放在電(diàn)路板的一侧，并先进行焊接。然后将较大的BGA放在另一侧，然后再通过回流发送。这样，较轻的零件在第二道焊缝中的拆焊或空焊/虚假焊接的机会会降低。理(lǐ)想情况如下所示，其中在板子的每一侧都安装了多(duō)个封装。

希望较重的零件可(kě)以手工焊接

较重的零件（例如变压器或笨重的连接器）应手工焊接或通过选择性焊接进行处理(lǐ)，因為(wèi)很(hěn)难在整个板上平衡其重量。通常，很(hěn)难分(fēn)配零件以使重量在单个板表面上达到平衡，因此不要指望在每个双面PCB上都开始完美地平衡较重的零件。不要手工处理(lǐ)较重的零件，而要手工完成以防止翘曲并确保高产量。

第1侧与第2侧的回流曲線(xiàn)

接下来是两边的回流曲線(xiàn)问题。回流曲線(xiàn)应如何构建？董事会的两边是否应该相同？这个问题没有(yǒu)一个确切的答(dá)案，因為(wèi)它取决于要焊接的组件以及裸露导體(tǐ)上是否有(yǒu)表面镀层。表面镀层特别重要，因為(wèi)在焊接过程中会形成金属间化合物(wù)：

裸露的铜：焊料合金中的锡会形成Cu-Sn金属间化合物(wù)，该金属间化合物(wù)缓慢生長(cháng)并最终在焊接过程中变脆。通过迅速达到峰值回流温度来减少高温下的总时间。

電(diàn)镀镍和化學(xué)镀镍：金属间合金Ni3Sn4最常见的是在锡基焊料的焊接过程中形成的，尽管其形成速率遠(yuǎn)低于Cu-Sn金属间化合物(wù)。

ENIG，ENEPIG，OSP和浸入式Ag： Cu-Sn / Ag金属间化合物(wù)可(kě)以在界面处的这些镀层上形成，而不是扩散到主體(tǐ)中。有(yǒu)趣的是，ENIG和ENEPIG内部的Ni层对某些金属间化合物(wù)具有(yǒu)增韧作用(yòng)，可(kě)防止裂纹形成。

在不做进一步化學(xué)处理(lǐ)的情况下，此处的重要要点是，双面PCB的回流曲線(xiàn)应设计為(wèi)适应双面板的各种PCB表面镀层。有(yǒu)一些有(yǒu)趣的研究着眼于不同金属间化合物(wù)的形成速率，这些研究可(kě)以為(wèi)比较参考回流曲線(xiàn)提供一些指导。