激光焊錫工藝對(duì)PCBA的設(shè)計(jì)方向的思考

PCBA，全名Printed Circuit Board Assembly，是電子領(lǐng)域中一個(gè)至關(guān)重要的概念，代表了印刷電路板組裝，是現(xiàn)代電子設(shè)備制造中不可或缺的環(huán)節(jié)。在PCBA制造過(guò)程中，需要考慮許多因素來(lái)確保可制造性，這些因素包括設(shè)計(jì)規(guī)范、制造流程、質(zhì)量檢測(cè)以及環(huán)境要求等。

電子生產(chǎn)制造的廠家都是清楚，前期設(shè)計(jì)模型決定后期產(chǎn)品的質(zhì)量。將激光焊錫工藝方法與PCBA的可制造性相結(jié)合的“一體化”理念，為高質(zhì)量制造提供了先決條件和固有的工藝能力。

PCBA的可制造性設(shè)計(jì)決定了PCBA的焊接直通率水平，其對(duì)焊接良率的影響是先天的，很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝的優(yōu)化來(lái)補(bǔ)償。

可制造性設(shè)計(jì)決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。如果PCBA的工藝設(shè)計(jì)不合理，可能需要額外的試制時(shí)間和工裝。如果解決不了，就必須要返修。這些都降低了生產(chǎn)效率，增加了成本。

一、PCBA的可制造性設(shè)計(jì)

印刷電路板組件(PCBA)是指安裝有電子元件，具有一定電路功能的印刷電路裝配件，如圖所示，在電子制造工廠也叫單板。

首先，設(shè)計(jì)規(guī)范是確保PCBA可制造性的基礎(chǔ)。這包括PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則，如線寬、線距、孔徑、焊盤尺寸等，以確保設(shè)計(jì)能夠滿足生產(chǎn)要求。

PCBA的可制造性設(shè)計(jì)主要解決可組裝性問(wèn)題，旨在實(shí)現(xiàn)最短的工藝路徑、最高的焊接直通率和最低的生產(chǎn)成本。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括:工藝路徑設(shè)計(jì)、裝配面部件布局設(shè)計(jì)、焊盤和阻焊設(shè)計(jì)(與直通率相關(guān))、組裝熱設(shè)計(jì)，組裝可靠性設(shè)計(jì)等。

1、PCBA的可制造性

PCB的可制造性設(shè)計(jì)側(cè)重于“可制造性”，包括板材選擇、壓合結(jié)構(gòu)、孔環(huán)設(shè)計(jì)、阻焊設(shè)計(jì)、表面處理和拼板設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)都與PCB的加工能力有關(guān)。由于加工方法和能力的限制，PCB的加工能力必須滿足設(shè)計(jì)的最小線寬和線距、最小孔徑、最小焊盤環(huán)寬和最小阻焊間隙，設(shè)計(jì)的疊層和壓合結(jié)構(gòu)必須滿足PCB的加工工藝。因此，PCB的可制造性設(shè)計(jì)側(cè)重于滿足PCB工廠的技術(shù)能力，了解PCB的生產(chǎn)方法、工藝和工藝。

2、PCBA的可組裝性

PCBA的可組裝設(shè)計(jì)側(cè)重于“可組裝性”，即建立穩(wěn)定堅(jiān)固的工藝性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、低成本的焊接。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括包裝選擇、焊盤設(shè)計(jì)和組裝方法(或工藝路徑設(shè)計(jì))、部件布局、鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)等。所有這些設(shè)計(jì)要求都集中在更高的焊接良率、更高的制造效率和更低的制造成本上。

二、激光錫焊工藝

激光錫焊技術(shù)是用精確聚焦的激光束光點(diǎn)照射焊盤區(qū)域。吸收激光能量后，焊接區(qū)域迅速升溫熔化焊料，然后停止激光照射冷卻焊接區(qū)域，使焊料凝固，形成焊點(diǎn)。由于只局部加熱焊接區(qū)域，整個(gè)部件的其他部分幾乎不受加熱的影響，激光照射時(shí)間通常只有幾百毫秒。非接觸焊接對(duì)焊盤沒(méi)有機(jī)械應(yīng)力影響，空間利用率較高。

激光錫焊的適用場(chǎng)合是選擇性回流焊接工藝或使用錫絲連接器。如果是SMD元件，需要先涂抹錫膏，再焊接。焊接過(guò)程分為兩個(gè)步驟:首先，錫膏需要加熱，焊點(diǎn)也需要預(yù)熱。之后，焊接中使用的錫膏被完全熔化，焊接完全潤(rùn)濕了焊盤，最終形成了焊接。激光發(fā)生器和光學(xué)聚焦元件用于焊接，能量密度高，傳熱效率高。非接觸焊接，焊料可以是錫膏或錫線，特別適合焊接狹小空間內(nèi)的焊點(diǎn)或小焊點(diǎn)，功率小，節(jié)能。

奧萊光電恒溫激光錫焊系統(tǒng)能提供連續(xù)的976nm紅外激光輸出。該產(chǎn)品CCD同軸定位系統(tǒng)以及連續(xù)半導(dǎo)體激光器所構(gòu)成，能夠?qū)攵喾N格式文件，從而達(dá)到精確焊接的目的，并由于該系統(tǒng)所具備的溫度反饋和CCD同軸對(duì)位功能，能夠有效的保證焊接點(diǎn)的恒溫焊接及精密部件的精準(zhǔn)對(duì)位，從而保證量產(chǎn)中的有效良率。該系統(tǒng)主要適用于PCB板點(diǎn)焊，焊錫，金屬、非金屬材料焊接，燒結(jié)，加熱等，具有對(duì)焊接對(duì)象的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度控制等特點(diǎn)，尤其適用于對(duì)于高度敏感的高精度焊錫加工。

三、激光焊接對(duì)PCBA的設(shè)計(jì)要求

1.焊盤設(shè)計(jì)：激光焊接要求焊盤長(zhǎng)度比貼片元件大，以便元件貼好后能露出焊盤，從而避免在焊接過(guò)程中發(fā)生位移。焊盤與引腳結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接決定了焊點(diǎn)的形貌和吸附熔融焊料的能力，因此必須合理設(shè)計(jì)以確保焊接質(zhì)量。

2.元件布局與連接：在PCBA設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理布局各個(gè)電子元件的位置，盡量縮短元器件之間的連接距離，以減少信號(hào)傳輸?shù)乃p和噪音干擾。這對(duì)于激光焊接尤為重要，因?yàn)槎叹嚯x的連接可以減少焊接過(guò)程中的熱影響區(qū)域，降低焊接變形和潛在的熱應(yīng)力問(wèn)題。

3.阻焊與鋼網(wǎng)匹配：提升焊接直通率的關(guān)鍵在于焊盤、阻焊和鋼網(wǎng)的匹配設(shè)計(jì)。這些元素的精確匹配可以確保焊接過(guò)程中熔融焊料的均勻分布和良好潤(rùn)濕，從而提高焊接質(zhì)量和可靠性。

4.散熱設(shè)計(jì)：激光焊接雖然熱輸入低，但焊接過(guò)程中仍會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。因此，對(duì)于功耗較大的元器件，應(yīng)采取散熱措施，如設(shè)置散熱表面、散熱片和風(fēng)扇等，以確保元器件工作溫度在可接受范圍內(nèi)，防止因過(guò)熱而影響焊接質(zhì)量或元件性能。

5.信號(hào)完整性：在PCBA設(shè)計(jì)中，需要避免信號(hào)串?dāng)_和互相干擾，這可以通過(guò)阻抗匹配、布線分隔、地線設(shè)計(jì)等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。激光焊接作為一種局部加熱的焊接方式，對(duì)信號(hào)完整性的影響相對(duì)較小，但仍需在設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。

6.測(cè)試與檢驗(yàn)：進(jìn)行全面的功能測(cè)試和質(zhì)量檢驗(yàn)是確保PCBA設(shè)計(jì)滿足激光焊接要求的重要步驟。這包括對(duì)焊接質(zhì)量的檢查、信號(hào)完整性的測(cè)試以及整體性能的評(píng)估等。

綜上所述，激光焊接對(duì)PCBA的設(shè)計(jì)要求涉及焊盤設(shè)計(jì)、元件布局與連接、阻焊與鋼網(wǎng)匹配、散熱設(shè)計(jì)、信號(hào)完整性以及測(cè)試與檢驗(yàn)等多個(gè)方面。這些要求旨在確保PCBA在激光焊接過(guò)程中能夠獲得高質(zhì)量、高可靠性的焊接結(jié)果。