片式元器件贴装要求

正文

片式元器件焊接的关键要素：

片式元器件偏移率：横向偏移率A，纵向偏移B；

焊料爬升高度（max-E，min-F）；

焊接润湿角（θ）；

焊料填充高度（G）。

一.片式元器件横向偏移率

片式元器件横向偏移率，如图1所示。

图一

1.国军标

GJB3243横向偏移率A≤25%W，GJBZ163横向偏移率A<1/3W；

2.航天标准

QJ3173横向偏移率A<15%W，QJ165B横向偏移率A<15%W；

3.IPC标准

IPC J-STD-001G横向偏移率A≤25%W。

从2003年到2014年，QJ的标准没有变化，而GJB的要求降低了，偏移率由1/4增加到到1/3，甚至低于IPC，无益于可靠性的提高。

二.片式元件纵向偏移

1.片式元件纵向偏移

片式元件纵向偏移对比见表1。

2.片式元器件纵向偏移分析

片式元器件纵向偏移，不仅要考虑不应导致片式元件伸出焊盘与其它元件发生短路，同时要考虑元件的焊接强度。

上述五个标准除GJB/Z163外，GJB3243、QJ3173、QJ165B、IPC J-STD-001G和IPC-610G对纵向偏移的规定都是不正确的。

（1）QJ165B、IPC J-STD-001G和IPC-610G

QJ165B、IPC J-STD-001G和IPC-610G只考虑了导致片式元件不伸出焊盘避免它元件发生短路，但即使片式元件没有伸出焊盘，当B=0时，无法形成合格的焊点形态，焊接强度降低，属于焊接缺陷，如图2所示。

图2  纵向偏移B=0

片式元件与焊盘之间无法形成合格的焊接润视角，属于焊接缺陷

（2）GJB3243

GJB3243规定纵向偏移B≤W1/4，不但存在短路的隐患，同时无法形成合格的焊点形态，焊接强度降低，属于焊接缺陷，如图3所示。

图3  纵向偏移B≤W1/4，存在短路的隐患

（3）QJ3173

QJ3173在焊盘设计正确的情况下，如果允许元件一端在焊盘上的搭接量≥元件焊端长度的75%，则元件在另一端焊盘上存在一定的纵向偏移，会不会伸出焊盘？即使另一端没有伸出焊盘，也无法形成合格的焊点形态，焊接强度降低，属于焊接缺陷，如图4。

图4  元件一端在焊盘上的搭接量≥元件焊端长度的75%，另一端焊盘上存在纵向偏移

（4）GJB/Z163

GJB/Z163要求片式元件在焊盘上放置后，留下用于焊接焊盘长度A≮焊接端高度的1/3，这是五个标准中考虑最全面的，见图5。

图5  思路正确的设计

A≮焊接端高度的1/3需要针对不同元件计算：

0402片式元件焊端的高度H=0.4mm，则H/3=0.13mm。

0603片式元件焊端的高度H=0.6mm，则H/3=0.2mm。

1206片式元件焊端的高度H=0.71mm，则H/3=0.24mm。

0.13~0.24mm用于形成合格焊点形态的长度是稍微偏小，需要按所选用的片式元件的尺寸延长。

（5）分析：

元器件焊盘伸出部分长度b2多少合适？如图6所示。

图6   理想的焊点形状及其焊盘

表面贴装元件的焊接可靠性，主要取决于焊盘的长度而不是宽度。

焊盘的长度 B 等于焊端（或引脚）的长度 T 加上焊端（或引脚）内侧（焊盘）的延伸长度 b1，再加上焊端（或引脚）外侧（焊盘）的长度 b2，即 B=T+b1+b2。

b1=0.05~0.6mm，不仅应有利于焊料熔融时能形成良好的弯月形轮廓，还要避免焊料产生桥接现象及兼顾元器件的贴装偏差为宜；b2=0.25~1.25mm，主要以保证最佳的弯月形轮廓的焊点为宜。

b2应该设计多少？

GJB3243考虑的是元件焊端的宽度；

QJ3173考虑的是元件焊端的长度；

GJB/Z163考虑的是元件焊端的高度；

以片式钽电容器焊盘设计为例，表2给出了CA45/CA45K 型片式固体电解钽电容器外形尺寸与焊盘尺寸关系。

表2  CA45/CA45K 型片式固体电解钽电容器外形尺寸与焊盘尺寸关系

如果我们选用CA45-10μ-25V-E片式钽电容器，如表2所示：

CA45-10μ-25V-E的长度L=7.3mm，其设计的焊盘长度Z=8.8~9mm（取8.9mm），

则：L-Z=B-T=8.9-7.3=b1+b2=1.6mm，

设b1=0.05~0.6mm，则b2=1~1.55mm，

可以在b2=0.25~1.25mm的范围内选择。

例如设计b2=1mm。B=T+b1+b2。

b1=0.05~0.6mm，b2=0.25~1.25mm。属于经验数据，引自顾霭云研究员的著作。

b2与元件焊端的长度、宽度和高度是什么关系？主要取决于元件焊端的长度？宽度？还是高度？笔者以为，如果以保证最佳的弯月形轮廓焊点为出发点，b2与元件焊端的长度和宽度没有关系，而与元件焊端的高度（厚度）和焊盘的长度有关。

以CA45-10μ-25V为例：

A型焊端的高度为1.6mm，1.6mm÷3=0.53mm；B型焊端的高度为1.9mm，1.9mm÷3=0.63mm；

C型焊端的高度为2.5mm，2.5mm÷3=0.83mm；E型焊端的高度为2.8mm，2.8mm÷3=0.93mm；

0.53~0.93mm都在0.25~1.25mm范围内，因此GJB/Z163的提法是正确的；为了提高焊点的焊接强度，当元件确定以后，可适当增加b2长度，我们将在片式元件焊点工艺可靠性设计里介绍。