设计决定质量。将激光锡焊工艺方法与pcba的可制造性结合的“一体化”思想,为高质量的制造提供前提条件和固有的工艺能力。
pcba的可制造性设计决定pcba的焊接直通率水平,它对焊接良率的影响是先天性的,较难通过现场工艺的优化进行补偿。
可制造性设计决定生产效率与生产成本。如果pcba的工艺设计不合理,可能就需要额外的试制时间和工装,如果还不能解决,就必须通过返修来完成。这些都降低了生产效率,提高了成本。
一、pcba的可制造性设计
印制电路板组件(pcba)是指安装有电子元器件、具有一定电路功能的印制电路装配件,如图所示,在电子制造工厂也称为单板。
pcba的可制造性设计,主要解决可组装性的问题,目的是实现最短的工艺路径、最高的焊接直通率、最低的生产成本。设计内容主要有:工艺路径设计、装配面元器件布局设计、焊盘及阻焊设计(与直通率相关)、组装热设计、组装可靠性设计等。
1、pcba可制作性
pcb的可制造性设计侧重于“可制作性”,设计内容包括板材选型、压合结构、孔环设计、阻焊设计、表面处理和拼板设计等内容。这些设计都与pcb的加工能力有关,受加工方法与能力限制,设计的最小线宽与线距、最小孔径、最小焊盘环宽、最小阻焊间隙等必须符合pcb的加工能力,设计的叠层与压合结构必须符合pcb的加工工艺。因此,pcb的可制造性设计重点在于满足pcb厂的工艺能力,了解pcb的制作方法、工艺流程和工艺能力是实施工艺设计的基础。
2、pcba的可组装性
而pcba的可组装性设计侧重于“可组装性”,即建立稳定而坚固的工艺性,实现高质量、高效率和低成本的焊接。设计的内容包括封装选型、焊盘设计、组装方式(或称为工艺路径设计)、元器件布局、钢网设计等内容。所有这些设计要求,都是围绕更高的焊接良率、更高的制造效率、更低的制造成本来展开。
二、激光锡焊工艺
激光锡焊技术是以精确聚焦的激光束光斑照射焊盘区域,焊区在吸收了激光能量后迅速升温使焊料熔化,然后停止激光照射使焊区冷却、焊料凝固,形成焊点,由于只对焊区进行局部加热,整个组件的其它部位几乎不受热的影响,焊接时激光的照射时间通常只有数百毫秒。非接触式焊接,对焊盘无机械应力影响,空间利用率更高。
激光焊接其适用场合为选择性的回流焊工艺或者采用锡丝的接插件。如果是smd元器件则需要首先点涂锡膏,然后再进行焊接。焊接过程则分为两步:首先锡膏需要被加热,且焊点也被预热。之后焊接所用的锡膏被完全熔融,焊锡完全润湿焊盘,最终形成焊接。使用激光发生器和光学聚焦组件焊接,能量密度大,热传递效率高,非接触式焊接,焊料可为锡膏或锡线,特别适合焊接狭小空间内焊点或小焊点功率小,节约能源。
三、激光焊接对pcba的设计要求
1、自动化生产pcba传送与定位设计
自动化生产组装,pcb要有符合光学定位的符号,比如mark点。或者焊盘对比度明显,视觉拍照定位。
2、焊接方法决定元器件的布局
每种焊接方法对元器件的布局都有自己的要求,元器件的布局必须符合焊接工艺的要求。科学、合理的布局,可以减少不良焊点,可以减少工装的使用。
比如,激光焊接片式元件,要求焊盘长度比贴片元件大,使其贴好后能露出焊盘。避免贴片元件焊接时发生位移。
3、提升焊接直通率的设计
焊盘、阻焊、钢网的匹配设计焊盘与引脚结构决定了焊点的形貌,也决定了吸附熔融焊料能力。安装孔的合理设计,实现75%的透锡率。
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