高密度PCB设计的处理(lǐ)解决方案

2020-12-11

随着電(diàn)子器件不断变得越来越小(xiǎo)和越来越快，必须首先开发支持组件以实现更小(xiǎo)的占位面积。增加密度和减小(xiǎo)尺寸可(kě)使制造商(shāng)减少错误余地，必须开发更好的加工方法。

在印刷電(diàn)路板组件上处理(lǐ)较高密度的连接器会产生必须解决的复杂问题。设计人员必须考虑每个组件的加工温度，可(kě)生产性和焊点完整性。密度的增加是由于一旦被低得多(duō)的I / O连接器占用(yòng)，就需要在同一空间中使用(yòng)更高的I / O连接器。

传统的通孔或表面安装连接器已达到可(kě)在这些应用(yòng)中有(yǒu)效使用(yòng)的信号数量（每平方英寸的引脚数）的限制。这是连接器制造商(shāng)考虑使用(yòng)BGA，焊料压接和焊料填充设计以减少组件占用(yòng)空间的地方。 

可(kě)焊性

对于双排连接器，可(kě)焊性问题通常很(hěn)容易解决。更不用(yòng)说，如果有(yǒu)问题，可(kě)以通过使用(yòng)简单的烙铁校正焊点的返工来解决。但是，在多(duō)行连接器上，此过程变得更加复杂，并且第一次正确处理(lǐ)连接器变得越来越重要。

可(kě)能(néng)导致焊点不良的一些常见问题是：

焊膏量

模板尺寸

焊锡炉温度曲線(xiàn)不正确

PCB平面度

鉴于上面列出的问题，没有(yǒu)一种千篇一律的解决方案，因為(wèi)每种制造设置都是唯一的。必须考虑的一些差异是所使用(yòng)的设备，焊膏（品牌和化學(xué)成分(fēn)）以及应用(yòng)（板设计，组件密度等）。  

满足高密度I / O需求的连接器解决方案

连接器制造商(shāng)用(yòng)于高密度应用(yòng)的解决方案之一是BGA设置。BGA应用(yòng)程序使用(yòng)球形焊料球附在组件引線(xiàn)上，以提供更多(duō)焊料而又(yòu)不使用(yòng)重浆。  

在Samtec的SEARAY™高密度开放引脚场阵列上发现的焊料電(diàn)荷与BGA相似，但可(kě)以提供更好的连接器与PCB焊盘的边缘结合。  

图1. BGA上的焊球与Samtec的SEAF8 / SEAM8上的焊料费用(yòng) 

SEARAY™0.8毫米（SEAF8 / SEAM8系列）上的焊料電(diàn)荷的另一个独特區(qū)别是0.80mm和1.20mm的交替间距。这种设计可(kě)以為(wèi)電(diàn)路板设计人员提供行之间的其他(tā)跟踪布線(xiàn)。 

图2. SEAF8 / SEAM8的交替螺距

在加工过程中实现更好的焊点的关键

通常，最好遵循制造商(shāng)的加工准则，以最大程度地成功将零件焊接至PCB。一些制造商(shāng)将提供PCB足迹，模板布局和厚度，焊料丝网印刷工艺，组件放置，正确的烤箱轮廓分(fēn)析，甚至返工注意事项。

足迹和模具

连接器制造商(shāng)通常為(wèi)PCB设计人员提供下载PCB占位面积以及模板布局和厚度的功能(néng)。Samtec提供了超过200,000个符号和封装，可(kě)在流行的EDA工具（例如Altium，Circuit Studio，Eagle，Fusion 360等）中下载。   

图3. SEAF8 PCB占位面积 

通过利用(yòng)提供的封装和模板布局，PCB设计人员更有(yǒu)可(kě)能(néng)实现适当的焊点连接。

焊锡丝网印刷工艺

焊盘的覆盖对于正确的焊点至关重要，应该完全覆盖焊盘。因此，模板中的孔径尺寸故意大于PCB上的焊盘。这是為(wèi)了确保SEAF8（或连接器）上的焊料電(diàn)荷与焊膏接触，如图4所示。  

图4.相对于焊料印刷图的焊料充電(diàn)位置，焊膏和焊料電(diàn)荷之间具有(yǒu)良好的接触。

如果焊膏不能(néng)正确覆盖焊剂，则无法实现正确的润湿。使用(yòng)自动检查以确保PCB上的焊料覆盖正确。建议将所有(yǒu)未被完全覆盖的焊垫组件拒收，清洗并重新(xīn)打印。

放置组件

自动化的取放设备将确保正确放置组件。為(wèi)了使焊料正确润湿，重要的是Z轴尺寸必须将焊料完全装在PCB表面上。 

随着焊料在烤箱中的回流，连接器的重量将导致连接器在加工后沉降到板上或靠近板上。这种现象有(yǒu)助于减少连接器中的任何共面性，如下图5和6所示。 

图5. SEAF8绝缘子外壳在加工之前已完全就位。

图6. SEAF8绝缘子外壳在回流后完全就位。

正确的烤箱分(fēn)析

此时，大多(duō)数表面贴装元件应能(néng)够处理(lǐ)IPC / JEDEC J-STD-020中所述的无铅焊料回流曲線(xiàn)。该规范要求组件必须能(néng)够承受260°C的峰值温度以及255°C之上的30秒(miǎo)。

图7. Samtec推荐的温度曲線(xiàn)范围（SMT）

通常在回流过程中通过氮气注入实现的低氧环境将有(yǒu)助于提高焊接表面的可(kě)湿性。对于类似于SEAF8 / SEAM8的高密度连接器，建议仅在富氮环境中完成焊料处理(lǐ)。  

正确剖析完整组装的PCB组件至关重要。经常会忽略形成焊点的回流工艺，但是确保焊点正确形成至关重要。  

為(wèi)确保焊料電(diàn)荷达到所需的温度，建议将热電(diàn)偶穿过電(diàn)路板的背面放入连接器的中心，并置于外部边缘。这将确保达到焊膏制造商(shāng)的回流曲線(xiàn)参数。 

图8. 烤箱轮廓的热電(diàn)偶位置。

适当处理(lǐ)的重要性日益增加

虽然任何过程都不可(kě)能(néng)没有(yǒu)缺陷，但使用(yòng)适当的处理(lǐ)设置将消除返工，报废和较低利润的需求。随着電(diàn)子设备越来越小(xiǎo)，其组件越来越密集，这一重要性将继续提高。这就是Samtec為(wèi)所有(yǒu)连接器系列提供脚印和模板布局的原因，并提供有(yǒu)关如何正确处理(lǐ)其更复杂的产品系列的信息。