...孔插装PCB的DFM可制造性设计
[摘 要]对于焊接的表面安装技术已经在电子产品进行广泛的使用，但是对于以往的波峰焊接技术还在继续使用中。所以本文将会对波峰焊接相关工艺进行研究，主要这对于难度非常大的具有1.27mm的细间距单插针，还有距间元件为AFP0.5mm的波峰焊接技术进行分析。
[关键词]波峰焊接；DFP；焊盘设计
中图分类号：TN605 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0016-02
本文对波峰焊接进行试验时，使用的是THT和SMT两种元件进行分析，主要的研究对象就是1.27mm细间距单排插针、QFP0.5mm的间距元件。进行焊接设计时，使用的是不同的工艺、不同的形式和尺寸。1.27mm细间距的单排插针和QFP0.5mm的间距QFP元件是目前波峰焊接技术最具有代表性的，对它们的研究将会对以后实际焊接工作具有很大的影响。
一、分析和试验
（一）实验板DFM
试验板分为底部信号层、中间地层、电源层、顶层这六个层，它的长宽尺寸是170mm170mm。有关实验板的元件可分为两种：首先就是表面安装的元件，它具有AFP、SOP、阻容元件；其次就是通孔元件，它具有DIP8的芯片、1.27mm细间距单排针。见图1观察。
焊盘设计包括两种，一是0.5mm间距的QFP元件，另外一个是1.27mm间距的THT单排插针。其中QFP元件的焊盘设计可分为三种，有两种是根据波峰焊接的特征进行设计的，可见图2，还有一种就是根据SMT标准的焊盘进行设计的，如图3所示。
其中1.27间距的40针单排插针存在这两种形式的焊盘设计，分别是菱形和双圆形。这两种的焊盘间距是分别是：0.2mm，0.1mm ；同时还存在着两种排布组合：交错排布，一致排布，还存在这两种的孔径：d0.800mm，d0.762mm 。从而构成了三组（G、H、I）以及九排的阵列。可以根据图4观察插针的图形和排列，尺寸可见表1.
（二）焊接材料和工藝
将助焊剂的材料分为六种，分别标记为：A、B、C1、C2、C3、D。使用63Sn37Pb焊料作为焊接的材料。
在进行助焊剂涂覆工作时，可采用两张方式：一是使用波峰焊接中的设备喷雾发射器，另外一种就是使用喷射之后在用毛笔进行涂抹。
然后关于焊接曲线、实验板根据数据分析收集到的热偶位置，如图5所示，关于曲线的数值可以见表2.
二、试验结果
（一）QFP的焊接结果
QFP元件在PCB上出现点胶固化的现象，同时是在焊接参数不变的情况进行的波峰焊接，以供焊接了10个板。在每个板上使用的助焊剂涂覆技术和助焊剂都是有差异的。比如在进行了助焊剂工艺，同时就不需要在进行手工的涂抹了，有的是需要进行手工涂抹的；其中我们对五种不同的厂商进行了助焊剂试验。为了方便对焊点存在的缺陷进行总结，将要对图6中焊接后的印制板进行区域划分，其中在A、B、C、D、E、F区域的是QFP，然后将QFP中的每个边根据逆时针的方向将其分成a、b、c、d。
另外，在进行QFP焊点缺陷检查时，发现焊点几乎没有出现漏焊的现象，大部分都是桥连的，见图7进行观察。所以，就直接总结桥连的缺陷，想要观察详细的QFP元件桥连数据统计可见表3.
根据表3中的分析可以得出几个结论如下分析：
（1） 焊盘设计1中实现了对0.5mm间距的波峰焊接的DFP使命。根据表4进行分析，在焊盘设计1中，在2、3、4、5、6、7、8、9板中每一处都是连焊的。在0.15mm和0.20mm的宽度焊盘上都是这中情况，这种情况很好的满足了波峰焊接的可造性，在以后的焊接使用中可以使用这一方式。在焊接设计2中也有出现桥连的现象，出现这种情况的主要原因是使用了窃锡焊盘相关的设计技术，出现桥连的地方主要是在2a区域，这是由于设计的窃锡焊盘不好导致的，同时这也是桥连频繁出现的主要因素。不建议使用焊盘设计2的方案。
（2） DFP波峰焊接的重要性。首先根据之间规定的进板设计方向0度，使用设计是焊盘1，结果发现没有出现缺陷；其次在1#板没有根据规定的方向实施进板的时候，出现的问题大幅度提高。最后在焊盘E、F两个区域进行表面安装焊接的时候，出现了严重的焊接缺陷，所以它不能用在波峰焊接上。总结来说就是DFP在波峰焊接中存在着很严重的缺陷。
（二） 插针的焊接结果
在PCB上放置插针元件，引脚伸出的长度分为两种：0.5mm、1.2mm。同样也是在焊接参数不变的情况下实施的波峰焊接，总共焊接的有7块板。根据图8中对桥连缺陷进行分析，还有关于插针的具体数据可见表4.
根据表示4进行分析，可以得出插针焊接试验的几个结论：
（1） 引脚伸出的长度与桥连呈正相关的关系。在表4中可以看出，出现连焊的部分都是在引脚伸出1.2mm的地方（），总共有12处，不良率达到了22%，而且在引脚伸出0.5mm的地方出现连焊的情况非常少，只有2处（），而且都是在第7块处发生的，进板的方向和规定好的相差了90度，不良焊接率是3.7%。如果在分析第7#板的原因时，在引脚露出1.2mm的长度中，焊接不良率是175；在长度为0.5mm情况下的引脚，焊接不良率是0；还有在露出0.5mm的引脚焊点中没有发生桥连的有4处，不良率是13%；而且在6排2组中0.2mm的引脚发生桥连的只有一处，不良率是3%。所以，0.2mm间距的焊盘与0.1mm间距的焊盘相比，比较有优势。
（2） 0.800mm与0.762mm的孔径相比较。根据两种孔径的焊点进行分析，在主面的焊料方面出现的爬升是非常好的，都达到了焊板厚度的75%需求。对图8中的（c）和（d）两个图，可以得出在0.762mm和0.800mm之间进行比较，0.800mm的焊点是比较饱满的。
如果只考虑1#、2#、4#、6#这几个板，在I组中的孔径为0.800mm的焊点是没有出现桥连的，而在G、H两组中，在孔径为0.762mm的焊点桥连中出现5处，其中的缺陷率是17%。所以，通过0.800mm和0.762mm孔径之间的比较，可以得出0.800mm孔径的焊点是比较具有优势的。
参考文献
[1] 王豫明，杨建新，王天曦.基于波峰焊接的QFP和DIP焊盘的DFM研究[J].电子工艺技术，2013（6）：315-319.
[2] 袁建文.QFP与SOP封装器件的激光钎焊技术研究[D].北京工业大学，2013.
作者简介
吴信振，1985年01月，男，汉，安徽宿州，2008-2012毕业于南京中山文理专修学院机电一体化专业，大专，现供职于中国电子科技集团公司第38研究所，助理工程师，研究方向：smt技术研究。
