PCBA的热设计解决方案及进行组装时要哪些问题

PCBA焊接加热过程中经常会产生较大的温度差，一旦这个温度差超过标准就会造成焊接不良，所以我们在操作的时候必须控制好这个温度差。PCBA的热设计由很多部分构造而成，每一个部分都有着不同的作用特点。如果这个温度差比较大，就可能引起焊接不良，如QFP引脚的开焊、绳吸；片式元件的立碑、移位；BGA焊点的收缩断裂等。同理，我们可以通过改变热容量解决一些问题。

（1）热沉焊盘的热设计：在热沉元件的焊接中，会遇到热沉焊盘的少锡的现象，这是一个可以通过热沉设计改善的典型应用情况。

对于上述情况，可以采用加大散热孔热容量的办法进行设计。将散热孔与内层接地层连接，如果接地层不足6层。可以从信号层隔离出局部作散热层，同时将孔径减少到最小可用的孔径尺寸。

（2）大功率接地插孔的热设计：在一些特殊产品设计中，插装孔有时需要与多个地/电平面层连接。由于波峰焊接时引脚与锡波的接触时间也就是焊接时间非常短，往往为2~3s，如果插孔的热容量比较大，引线的温度可能达不到焊接的要求，形成冷焊点。

为了避免这种情况发生，经常用到一种叫做星月孔的设计，将焊接孔与地/电层隔开，大的电流通过功率孔实现。

（3）BGA焊点的热设计：混装工艺条件下，会出现一种特有的因焊点单向凝固而产生的“收缩断裂”现象，形成这种缺陷的根本原因是混装工艺本身的特性，但是可以通过BGA角部布线的优化设计使之慢冷而加以改善。

根据案例提供的经验，一般发生收缩断裂的焊点位于BGA的角部，可以通过加大BGA角部焊点的热容量或降低热传导速度，使其与其他焊点同步或后冷却。从而避免因先冷却而引起其在BGA翘曲应力下被拉断的现象发生。

4）片式元件焊盘的设计：片式元件随着尺寸越来越小，移位、立碑、翻转等现象越来越多。这些现象的产生与许多因素有关，但焊盘的热设计是影响比较大的一个方面。

如果焊盘的一端与比较宽的导线连接，另一端与比较窄的导线连接，那么两边的受热条件就不同，一般而言与宽导线连接的焊盘会先熔化（这点与一般的预想相反，一般总认为与宽导线连接的焊盘因热容量大而后熔化，实际上宽的导线成了热源，这与PCBA的受热方式有关），先熔化的一端产生的表面张力也可能将元件移位甚至翻转

（5）波峰焊接对元件面的影响

①BGAO：0.8mm及其以上引脚中心距的BGA大部分引脚都是通过导通孔与线路层进行连接的。波峰焊接时，热量会通过导通孔传递到元件面上的BGA焊点。根据热容量的不同，有些没有熔化、有些半熔化，在热应力作用下很容易断裂失效。

②片式电容：片式电容对应力非常敏感，容易受到机械和热应力的作用而开裂。随着托盘选择波峰焊接的广泛使用，在托盘开窗边界处的片式元件很容易因热应力而断裂。

PCBA的组装要考虑哪些问题：

焊膏印刷工艺，主要解决的是焊膏印刷量一致性的问题（填充与转移），而不是每个焊点对焊膏量的需求问题。换句话说，焊膏印刷工艺解决的是一个焊接直通率波动的问题，而不是直通率高低的问题。要解决直通率高低的问题，关键在于焊膏分配，既通过焊盘、阻焊与钢网开窗的优化与匹配设计，对每个焊点按需分配焊膏量。当然，焊膏量的一致性与设计也有关联，PCB阻焊的不同设计提供的工艺能力指数不同。

1.面积比

面积比是指钢网开窗面积与开窗孔壁面积之比，见下图：

2.转移率

转移率是指印刷时钢网开窗内焊膏被沉积到焊盘上的比率，用实际转移的焊膏量与钢网开窗体积之比表示。

3.面积比对转移率的影响

面积比是影响焊膏转移的重要因素，工程上一般要求面积比大于0.66，

在此条件下可获得70%以上的转移率，见下图：

4.面积比对设计的要求

面积比对钢网的设计有要求，主要影响精细间距元件。为了保证微细焊盘钢网开窗的面积比要求，钢网的厚度必须符合面积比的要求。这样对需要焊膏量比较多的元件，就需要通过增加钢网开窗面积的方式增加焊膏量—这就要求焊盘周围变形有空间，这是元件间距设计的一个主要考虑因素。

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