铝基印制电路板焊装工艺与可靠性研究(质量与可靠性)
印制电路板的可靠性设计措施doc
印制电路板的可靠性设计措施摘要：本文通过长期科研实践和产品开发，提出了印制电路板在设计与工艺中应解决的可靠性设计、电磁兼容性问题的有效方法。
关键词：印制电路板可靠性电磁兼容1 引言近年，由于先后参加“彩电回扫变压器自动测试系统”“黑白电视机回扫变压器自动测试仪”以及“FBT回扫变压器温控台”，“FBT回扫变压器断续台”的研制开发生产工作，体会到：即使电路原理图和试验板试验正确，印制板电路设计不当，也会对设计的电子产品的可靠性产生不利影响。
印制电路板的设计与工艺越来越显得重要，譬如：印制电路板的两条细平行线靠得近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。
还有印制板地线的阻抗较高，构成公共阻抗就会在器件之间形成耦合干扰，元、器件在印制板中的排列也十分重要。
因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用科学的方法进行印制板的可靠性设计和电磁兼容性设计。
2.根据器件排列选择印制电路板的尺寸根据电路原理图中的元器件的体积，多少及相互影响来决定印制电路板的大小尺寸的选择。
印制板尺寸要适中，尺寸大时，即制线条长，阻抗增加，不仅抗噪声能力下降，成本也高，体积也大；尺寸小时，则散热不好，同时易受临近线条干扰。
器件的排列，应把相互有关的器件尽量就近排列，按电路原理图逐级排列。
有两个变压器以上的电路应考虑垂直分布，对发热器件应考虑通风与散热。
3.电磁兼容性设计印制电路板中的电磁兼容设计尤为重要。
电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中能够正常工作的能力。
电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。
3.1 选择合理的布线印制电路板中选择合理的布线也是提高电磁兼容的好办法。
为了抑制印制电路板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量避免长距离的平行走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉，在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线，可以有效地抑制串扰。
印制电路板的可靠性设计
印制电路板的可靠性设计一、印制电路板的可靠性设计目前电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。
实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。
例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。
因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。
一、地线设计在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。
如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。
电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。
在地线设计中应注意以下几点：1.正确选择单点接地与多点接地在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。
当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。
当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。
2.将数字电路与模拟电路分开电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。
要尽量加大线性电路的接地面积。
3.尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。
因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三位于印制电路板的允许电流。
如有可能，接地线的宽度应大于3mm。
4.将接地线构成闭环路设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。
其原因在于：印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。
印制电路板的可靠性设计二、电磁兼容性设计电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。
电子产品装联工艺的质量与可靠性
3.2 元器件表面安装（SMT）
3.2.3 焊膏
焊膏的技术要求
焊膏的成分符合国家标准的要求（GJB3243 5.3.2.2条） 在储存期内焊膏的性能保持不变 焊膏中金属颗粒与焊剂不分层 室温下连续印刷时，焊膏不易干燥，印刷性好 焊膏粘度要保证印刷时具有良好的脱模性，又要保证良好的触变性，印刷后焊膏不产生塌
QFP BGA CSP（μBGA） DCA MCM …… 小型，超小型器件的出现和推广应用，促进了高密度组装技术的发展，也模糊了一级封 装和二级组装之间的界限。同时对电子产品的设计、组装工艺、组装设备等提出了更新更高 的要求。
1.2 电子产品的分级
按IPC-STD-001“电子电气组装件焊接要求”标准规定，根据产品最终使用条件 进行分级。
0.635mm的器件，印刷焊膏量一般为0.5mg/m㎡； 焊膏覆盖每个焊盘的面积应在75%以上，无明显塌落，错位不大于0.2mm，细间
距不大于0.1mm； 印刷压力一般选择为0.3～0.5N/mm，印刷速度为10 ～25mm/s； 严格回收焊膏的管理和使用。
3.2 元器件表面安装（SMT）
3.2.4 焊膏印刷工艺 注意事项 焊膏初次使用量不宜过多，按PCB尺寸估算，A5尺寸面积约200g；
焊料中10s的浸泡时间； 元器件引线歪斜度误差不大于0.8mm； 元器件引线共平面度误差不大于0.1mm。 无铅元器件镀层识别（IPC-1066） 湿敏器件的处理规定（IPC-020、IPC-033）
3.2 元器件表面安装（SMT）
3.2.2印制电路板（PCB）
PCB基材一般选用FR4环氧玻璃纤维板，或FR4改性、FR5板； 板面平整度好，翘曲度≤0.75%，安装陶瓷基板器件的PCB翘曲度≤0.5%； 焊盘镀层光滑平整，一般不采用贵金属为可焊性保护层； 阻焊膜的厚度不大于焊盘的厚度； 安装焊盘可焊性优良，表面的润湿性应大于95%； 焊盘图形符合元器件安装要求，不允许采用共用焊盘； PCB能进行再流焊和波峰焊 PCB生产后，72小时内应进行真空包装。
印制电路板的可焊性测试与评价
印制电路板的可焊性测试与评价董丽玲;贾燕【摘要】可焊性是印制板的重要性能指标检验是十分重要和必要的,文章介绍和比较了国内常用的几种可焊性试验方法标准,同时列举了三个常用的测试案例予以操作指导.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷),期】2010(000)011【总页数】5页(P44-47,50)【关键词】可焊性;润湿;焊盘;镀覆孔【作者】董丽玲;贾燕【作者单位】江南计算技术研究所印制板质量检测中心,江苏,无锡,214083;江南计算技术研究所印制板质量检测中心,江苏,无锡,214083【正文语种】中文【中图分类】TN411 引言微电子工业的飞速发展，芯片封装的不断小型化，不仅促进了印制电路板朝高密度、多层化方向发展，同时还对印制电路板的可焊性等工艺提出了更严格的要求。
与此同时，电子产品的无铅工艺，对可焊性的要求也越来越高。
在当前器件引脚、印制电路板焊盘（孔）及至焊点均越来越小型化的情况下，可焊性对产品可靠性的影响至关重要。
因此，本文对印制电路板的可焊性测试与评价将作重点介绍，并进行了此方面的案例分析。
2 可焊性测试的主要标准与方法我国印制电路板的可焊性测试方法的国家标准是GB/T 4677-2002《印制板测试方法》,其对应的IEC标准是IEC 603262：1990《印制板第2 部分试验方法》和IEC 60068220：1979《环境试验第220部分：试验T：锡焊》，后来又有IEC 611893《互连结构和组装件用电工材料试验方法第3 部分：互连结构(印制板)的试验方法》。
国家军用标准是GJB362B-2009《刚性印制板通用规范》，其对应的标准是MILPRF-55110G：2006《刚性印制板通用规范》。
IPC印制板可焊性测试方法标准最早是1970年的IPC-S-801《印制线路板可焊性边缘浸焊测试方法》，美国EIA（电子工业协会）也制定了电子焊接方面的标准。
后来IPC与EIA 共同制定联合标准（Joint Standard），其中印制板可焊性测试方法标准IPC/EIA J-STD-003于1992年4月发布，2003年2月修订为IPC/EIA J-STD-003A，以上方法全部是有铅的方法。
浅析印制电路板的焊接缺陷（推荐5篇）
浅析印制电路板的焊接缺陷（推荐5篇）第一篇：浅析印制电路板的焊接缺陷浅析印制电路板的焊接缺陷【摘要】随着我国科学技术的不断发展，电子行业在我国迅速崛起，电子产品风靡全国。
印制电路板作为电子产品中的一个关键零部件，其设计和制造过程得到了电子产品制造公司的高度重视。
本文结合自己多年的工作经验，着重对印制电路板的焊接工艺缺陷进行简要分析。
【关键词】印制电路板；焊接；工艺缺陷引言焊接工艺从本质上讲属于一种典型的化学处理工艺，不同的焊接对象需要选择不同的焊接工艺，不同的焊接工艺所采用的化学原理也不相同。
印制电路板的主要作用是良好的对电子产品中所用到的电子元器件进行连接，使它们形成一个稳定、完整的系统，进而达到电子产品的设计要求。
在我国电子科技飞速发展的大背景下，印制电路板的结构变得越来越复杂，焊接工艺作为印制电路板在制造过程中的关键性工序之一，对整个电路板的整体性能起着决定性的作用，我们必须加大对印制电路板在制造过程中焊接工艺的重视，认真分析焊接缺陷，提高焊接质量，进而提高印制电路板的合格率。
1、由印制电路板的设计不合理，造成的焊接缺陷众所周知，安装在不同电子产品中的印制电路板其大小规格也各不相同，有的稍微大一点，有的则要小一点，电路板的大小会对后期制作过程中的印制电路板焊接工艺造成严重的影响，对于具体印制电路板而言，其大小和形状设计是由很多因素决定的。
当印制电路板的尺寸较大的时候，焊接工艺在执行过程中相对于较小的电路板而言容易控制并保证焊接质量，但是较大的印制电路板在焊接过程中会形成很长的焊接线条，而我们知道焊接线条的长短会直接影响印制电路板的阻抗和声抗，从而影响印制电路板的整体性能。
此外，焊接线条的增长还会加大印制电路板的生产成本，影响印制电路板生产企业的经济效益。
当印制电路板的形状较小的时候，直接的就会加大印制电路板在焊接过程中的焊接难度，在电路板的焊接过程中，一块电路板需要焊接的部位通常情况下不止一个，在这种情况下，如果印制电路板的形状较小，还会使相邻焊接线条之间形成相互干扰，影响电路板的综合性能，严重的时候会直接导致电路板报废。
(完整word版)焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性机电工程学院微电子制造工程1000150312 黄荣雷摘要：本文介绍了Sn-Pb合金焊接点发失效的各种表现形式，探讨失效的各种原因。
在实践基础上，指出如何在工艺上进行改进已改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
1前言电子产品的"轻、薄、短、小"化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，在电子行业中，虽然无铅焊料的研究取得很大进步，在世界范围内已开始推广应用，而且环保问题也受到人们的广泛关注，但是由于诸多的原因，采用Sn-Pb焊料合金的软钎焊技术现在仍然是电子电路的主要连接技术。
文中将就Sn-Pn焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行较全面地介绍。
2焊点的外观评价良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
其外观表现为：（1）良好的湿润；（2）适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位（或焊端），元件高度适中；（3）完整而平滑光亮的表面。
原则上，这些准则适合于SMT中的一切焊接方法焊出的各类焊点。
此外焊接点的边缘应当较薄，若焊接表面足够大，焊料与焊盘表面的湿润角以300以下为好，最大不超过600。
3寿命周期内焊点的失效形式考虑到失效与时间的关系，失效形式分为三个不同的时期，如图1所示。
（1）早期失效阶段，主要是质量不好的焊点大量发生失效，也有部分焊点是由于不当的工艺操作与装卸造成的损坏。
可以通过工艺过程进行优化来减少早期失效率。
（2）稳定失效率阶段，该阶段大部分焊点的质量良好，失效的发生率（失效率）很低，且比较稳定。
（3）寿命终结阶段，失效主要由累积的破环性因素造成，包括化学的、冶金的、热-机械特性等因素，比如焊料与被焊金属之间发生金属化合反应，或热-机械应力造成焊点失效。
印制电路板的可靠性设计及实例
缺少的重要组成部分， Ｐ Ｂ布局时， 在 Ｃ 就应该估计 哪些器件需要加散热器 ， 哪些器件需要预留散热空 间， 哪些器件需要安放在有利于散热的位置等。
串扰都有一定的影响。
２ ２ 电源 完整性 和地线 设计 问题 ．
电源完 整性是 指 系统运行 过程 中 电源受影 响 波动 的情 况 ， 或者 说 电 源波 形 的 质量 。理 想 情 况 下， 电源 电压是 稳定不 变 的 ， 电源平 面上 每一点 的
源 平 面 的不 连 续 等 因素 的变 化 均会 导致 此 类 反 射 。所 以 ， 布线 策略是 影响反 射 的一个重 要 因素 。
１ 引 言
随着 Ｉ ｃ设计工 艺的提高 ， 系统 时钟频率、 数 据速率也不断地提高 ， 使得印制电路板 的空间越 来越小 ， 器件密度越来越 高， 随之而来 Ｐ Ｂ的信 Ｃ
号完整 性 问题 、 号 串扰 问题 就 变得越 来越 突 出 ， 信 经常 会 造 成 整 个 电 子 设 备 工 作 异 常 。 因 此 ， 在 Ｐ Ｂ设计 过程 中采取 各种 有效 的措施 来解 决这 些 Ｃ 问题 也就越 来越重 要 。
２ Ｐ Ｂ设计 中所 涉及可 靠性 问题 Ｃ
电位都是相等的。然而， 在实际应用中， 由于各种
噪声 的影 响 ， 电源 平 面上 的 电压 呈 现 出波 动 性 。 因此 ， 到 每 个 Ｉ 加 Ｃ上 的 电源 电 压 并 不 是 完 全 一
样， 由于电源的波动效应 ， 会使器件上的 Ｉ ／ ０产生
误 操作 。电源完整性 设计 就是要 通过 控制 电源 和
功能模块划分 ， 关键信号的走向和布通率等因素。
３ １ 信 号 完整性 问题 的解决方 法 ．
Ｐ Ｂ的布局设计中混合电路的分区、 Ｃ 数字电路
(完整word版)焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性机电工程学院微电子制造工程1000150312 黄荣雷摘要：本文介绍了Sn-Pb合金焊接点发失效的各种表现形式，探讨失效的各种原因。
在实践基础上，指出如何在工艺上进行改进已改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
1 前言电子产品的"轻、薄、短、小"化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，在电子行业中，虽然无铅焊料的研究取得很大进步，在世界范围内已开始推广应用，而且环保问题也受到人们的广泛关注，但是由于诸多的原因，采用Sn-Pb焊料合金的软钎焊技术现在仍然是电子电路的主要连接技术。
文中将就Sn-Pn焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行较全面地介绍。
2 焊点的外观评价良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
其外观表现为：（1）良好的湿润；（2）适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位（或焊端），元件高度适中；（3）完整而平滑光亮的表面。
原则上，这些准则适合于SMT中的一切焊接方法焊出的各类焊点。
此外焊接点的边缘应当较薄，若焊接表面足够大，焊料与焊盘表面的湿润角以300以下为好，最大不超过600。
3 寿命周期内焊点的失效形式考虑到失效与时间的关系，失效形式分为三个不同的时期，如图1所示。
（1）早期失效阶段，主要是质量不好的焊点大量发生失效，也有部分焊点是由于不当的工艺操作与装卸造成的损坏。
可以通过工艺过程进行优化来减少早期失效率。
(2)稳定失效率阶段，该阶段大部分焊点的质量良好，失效的发生率(失效率)很低，且比较稳定。
(3)寿命终结阶段，失效主要由累积的破环性因素造成，包括化学的、冶金的、热-机械特性等因素，比如焊料与被焊金属之间发生金属化合反应，或热-机械应力造成焊点失效。
PCB印制电路板-PCB可靠性分析精品
GB./T 6987. 17-2001
珞
GB/T 6987. 18-2001
GB./T 6987. 22-2001
锤
GB/T 6987.23-2001
镉
GB./T 6987.25-2001
12
镁及镁合金
铝
GB/T 13748. 1-2OXX
GB/T 13748. 4-2OXX
铁
GB/T 13748. 9-2OXX
序号
项冃名称
样品名称或类别
可执行的标准
3
PCBA检测
锡及锡合金农面镀层的测量须状物生长的试验 方法
JESD22A121. Ol (ReViSiOn Of JESD22A121lMay, 20XX)
锡及锡合金农而镀层的锡须敏感性的环境接收
要求
JESD201 MarCh 20XX
无铅焊料测试方法一QFP焊点45角拉脱试验
10
铜及铜合金
铁
GB/T 5121.9-1996
锌
GB./T 5121. 11-1996
铝
GB/T 5121. 13-1996
GB./T 5121. 14-1996
锡
GB/T 5121. 10-1996
線
GB/T 5121. 5-1996
铅
GB./T 5121.3-1996
钻
GB./T 5121. 15-1996
IPC J-STD-OOID
JlS Z3282-
99IPC∕EIAJ-STD-006B
(200DGB/T 10574. 2-20XX
焊剂均匀连续性（目测）
PC J-STD-OO4A(20XX),
JlS Z3283-2001 JlS
印制电路板的组装工艺
印制电路板的组装工艺摘要：电路板作为人们日常生产生活中常见的一类电子设备，其在应用中对于设备运行的稳定性，以及设备可靠性影响重大。
当前在实际发展的过程中，印制电路板作为主要的核心模块之一，关于其组装工艺也引起作业人员以及设计人员的注意。
如何更好的进行印制电路板的组装，并且发挥组装工艺的效果，成为当前印制电路板组装作业发展中主要面临的问题。
文章针对当前印制电路板的组装工艺，进行简要的分析研究。
关键词：印制电路板；组装工艺；插装电路板的应用大到飞机航天器，小到电子手表等设备，其在制造应用中均应用了大量的电路板。
当前电路板器材的应用，对于社会经济的稳定发展，以及电子工业技术的发展影响重大。
在此过程中关于印制电路板的组装工艺对器材应用效果的影响，也引起了广泛的关注。
因此在实际发展中，关于印制电路板的组装工艺优化改善，也成为设计人员以及组装人员长期研究的课题。
1.印制电路板印制电路板也称为印刷电路板，其在制造应用中首先进行电路板电路设计和图形绘制，以此降低设计错误提升设计质量。
后期在生产中进行规划设计线路的印刷，并进行各类元器件的组装，以此形成完善的电力应用器件。
印制电路板在应用中具备成本低，应用效果良好，制造工艺简单等优势。
2.印制电路板组装工艺的基本要求2.1元件预处理印制电路板的在组装之前，需进行一定的预处理作业，主要原因为电路板或元器件在运输、存储的过程中产生了氧化现象，氧化现象的出现对于电路板后期的接触质量，造成较大的影响。
因此为确保后期的组装效果，作业人员首先针对电路板以及元器件表面的氧化层进行处理。
并且针对引线部分进行处理，最终确保电路板元器件表面无残留物、镀锡层无划痕伤痕，无突出物确保表面光滑。
2.2引线成形设计制作要求印制电路板中的引线等同于正常电路连接中的电线，电线的连接和安装需具备一定的整齐性和统一性。
电路板中引线也应做到整体统一，具体落实的过程中应确保孔径的合理性，避免过大造成的焊接不良或过小造成插入不良现状。
印制电路板的可靠性设计
印制电路板的可靠性设计(二)三、去耦电容配置在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。
例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。
配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法，配置原则如下︰电源输入端跨接一个 10 ～ 100uF 的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用 100uF 以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。
为每个集成电路芯片配置一个的陶瓷电容器。
如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每 4 ～ 10 个芯片配置一个 1 ～ 10uF 钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在 500kHz ～ 20MHz 范围内阻抗小于 1 Ω，而且漏电流很小（以下）。
对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和 ROM 、 RAM 等存储型器件，应在芯片的电源线（ Vcc ）和地线（ GND ）间直接接入去耦电容。
去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。
四、印制电路板的尺寸与器件的布置印制电路板大小要适中，过大时印制线条长，阻抗增加，不仅抗噪声能力下降，成本也高；过小，则散热不好，同时易受临近线条干扰。
在器件布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。
如图 2 所示。
时种发生器、晶振和 CPU 的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些。
易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路，如有可能，应另做电路板，这一点十分重要五、热设计从有利于散热的角度出发，印制版最好是直立安装，板与板之间的距离一般不应小于 2cm ，而且器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则︰对于采用自由对流空气冷却的设备，最好是将集成电路（或其它器件）按纵长方式排列，如图 3 示；对于采用强制空气冷却的设备，最好是将集成电路（或其它器件）按横长方式排列。
PCB板级组装的可靠性
PCB板级组装的可靠性关键词:印制电路板PCB印制板设计摘要:PCB越来越显示它的重要性,组装的可靠性成为电子产品竞争力的重要体现。
通过对影响板级组装可靠性主要因素的分析,从元器件的合理选用、基板的选择、焊膏印刷以及回流焊的质量控制5个方面就提高PCB板级组装可靠性的方法和路径。
1.引言随着信息化技术的迅猛发展分,尤其在现代武器系统中的含量和地位已经成为决定武器装备总体实力的关键因素,而电子产品的质量直接决定着武器装备在战场上的效能发挥,因此,目前提高电子产品的组装质量,尤其是提高PCB板级组装的可靠性就显得尤为迫切。
本文从元器件的合理选用设计、基板的选择设计、元件的布局和方向设计、SMT焊膏印刷以及回流焊的质量控制这5个方面就如何提高PCB板级组装的可靠性进行了说明。
2.元器件的合理选用设计元器件的合理选用设计是PCB板级组装中关键的一环。
根据工艺、设备和总体设计要求,对已确定元器件的电气性能和功能来选择SMC/SMD 的封装形式和结构,这对线路设计密度、可生产性、可测试性和可靠性起决定性的作用[1]。
现在SMT元器件的规格繁多而结构各异,实现同样功能的集成电路可能存在多种封装形式;在电路PCB设计时,应根据市场供应商提供的元器件规格和现有生产设备的能力和精度,进行合理的选择。
2.1 矩形片状元件针对片状电阻器、片状电容器和片状电感器,常见问题是设计的焊盘与元件的外型尺寸不相匹配。
焊盘尺寸远大于元件的外型尺寸,焊接时靠焊锡的堆积来连接,容易造成元件在振动时拉裂,而焊盘尺寸小于元件的外型尺寸则无法焊接。
2.2 SOP小外形封装和SOJ封装即DIP封装集成电路的缩小型,引脚主要有欧翼形、J形和I形。
常见问题有印制板设计时无1脚的丝印标记,造成焊接时无法确认其方向;由于器件引脚的氧化,在回流焊接后容易引起虚焊。
2.3 PLCC塑封有引线芯片载体元件占用面积小,引脚强度高不易变形,但焊点的检修不方便。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铝基印制电路板焊装工艺与可靠性研究
成钢孙洁
（兰州空间物理研究所， 甘肃 兰州 730000）
摘 要 从铝基印制电路板的特性入手， 对不同厂家的产品进行了测试对比， 并对铝基印制电路 板与元器件的膨胀系数不匹配问题进行了分析， 提出了减缓应力的措施， 通过环境试验对不同安装方式 下的焊点可靠性进行了验证。
ZHILIANG YU KE KAOXING
5 2013 年第 4 期◆总第 166 期
可靠性技术
导电层： 相当于普通印制电路的覆铜层， 线路 铜箔厚度一般为 35～75μm。
导热绝缘层： 是一层低热阻导热绝缘材料， 厚 度为 0.07～0.30mm， 不同的厂家采用不同的材料和 工艺来保证绝缘强度和导热率， 是金属基覆铜板的 核心技术所在。
关键词 铝基印制电路板 元器件 焊装 可靠性
引言
随着航天电子产品向高密度、 多功能化发展， 使得功率电子产品向高效、 高功率方向发展成为必 然趋势。 特别是以电源类产品为代表的大功率输出 电子产品， 散热问题往往是产品工艺设计中的重点 与难点。 近年来发展起来的具有优良散热性能的陶 瓷基和金属基印制板可有效解决功率元器件散热问 题。
铝基印制电路板由于具有上述优良性能， 在工
业设备、 电源设备等领域， 特别是在 LED 照明工 程中得到广泛应用[1]。
但是优良的散热性能又使得铝基印制电路板在 电子装联过程中出现新的问题。 首先是手工焊接 时， 散热快使得焊接温度不能使焊锡完全浸润， 焊 点合金层形成困难， 从而导致器件与覆铜层结合力 差， 焊点不可靠； 其次， 印制电路板的基材为金属 铝合金， 铝合金材料固有的膨胀系数较大， 而表贴 器件通常为陶瓷基材， 具有较小的膨胀系数， 因此 二者存在膨胀系数失配问题， 严格地讲， 膨胀系数 相差 2ppm ／ ℃时， 对可靠性就会带来影响[2]。
可靠性技术
表1 试验用元器件清单
序号
封装形式
1
0805
2
1206
3
1210
4
1812
5
2225
6
E、 F 壳
7
SMD-0.5、 SMD-1
8
LCC-18
9
LCC-20
10
D-5B、 MELF、 LL-41、 SOT
11
轴向器件
常用器件 CC41L 系列、 CT41L 系列电容器
RMK 系列电阻器 CC41L 系列、 CT41L 系列电容器 CC41L 系列、 CT41L 系列电容器 CC41L 系列、 CT41L 系列电容器
SMD-1a
SMD-1b
SMD-1c
SMD-1d
图7 SMD-1封装焊盘结构示意图
图5 LCC-18封装器件开裂情况
图6 SMD-1元器件本体开裂情况 2.2 焊盘图形结构变化的焊接可靠性
对焊盘结构进行优化， 降低应力集中点的应力 分布。 特别是对于 SMD-1 封装的器件， 焊盘面积 较大， 焊点长度增大， 加剧了局部膨胀失配现象的 发生。 在焊点和被浸润的基材界面处， 除了存在剪 应力外， 还存在更大的剥离应力。 器件芯片尺寸越 大， 焊接后， 其在温度循环中要承受的剪切力也就
采用标准的元器件封装， 通过调整再流焊工艺 参数， 在试验件印制电路板上进行了焊接后的可靠 性试验。
取 4 块电路板和元器件进行焊接试验， 焊接后 外观检查完好， 进行力学环境试验后再进行温度循 环试验。 由于膨胀系数的失配， 在焊接过程中温度 下降焊料凝固， 即存在焊接后的应力作用； 但是大 部分元器件 （焊点） 由于材料的机械强度影响， 在 焊接后并未造成明显的损坏。 依照环境试验要求进 行 200 个 温 度 循 环 试 验 ， 试 验 后 显 微 检 查 结 果 表 明： 阻容器件中， 除 2225 封装的电容器出现焊点
2） 良好的机械加工性。 铝基印制电路板具有 高机械强度和韧性， 可以实现大面积印制电路的制 造， 且可安装重量较大的元器件。 目前市场可选的 铝基板基材厚度可达 3.2mm， 国外一些电源研制单 位已将电路板和安装底板合并使用。
3） 电磁屏蔽性。 铝基印制电路板具有良好的 屏蔽功能， 可防止电磁波的辐射和干扰， 保证电路 的正常工作。
因此， 有必要对铝基印制电路板的特性和器件 焊装可靠性进行研究， 进一步提高产品的可靠性。
1 铝基印制电路板的结构和性能研究
金属基印制板是金属基板、 介质层和印制线三 位一体的复合印制线路板， 由金属基层、 导热绝缘 层、 导电层 3 部分组成。 金属基印制板结构见图1。
图1 金属基印制板结构示意图
陶瓷基材的电路板由于受到机械强度和加工工 艺的影响， 尺寸较小， 只适合个别器件的散热， 并 且给结构设计和生产阶段的电装带来困难。 而金属 基的印制电路板， 除具有普通覆铜板的一般性能 外， 还有以下优点。
1） 优异的散热性。 铝基印制电路板具有优越的 散热性能， 由它组装成的印制板组件在工作过程中， 能及时发散热量， 避免器件升温影响设备工作。
ZHILIANG YU KE KAOXING
7 2013 年第 4 期◆总第 166 期
可靠性技术
后出现微裂纹现象， 开裂位置与 SMD-1 封装器件 一致， 共开裂 3 只， 占焊接器件总量 15%。
2225-a 型焊盘焊接电容自第 180 个温度循环、 2225-c 型焊盘焊接电容自 第 100 个 温 度 循 环 后 出 现开裂现象， 开裂位置均为焊点， 如图 9 所示。
可靠性的试验研究是通过采用标准工艺焊接、 焊盘结构优化、 应力补偿等技术措施， 以及元器件 焊接后进行对比试验来分析确定技术措施实施后的 可靠性的优劣。
试 验 选 用 了 进 口 MP-06503 型 1mm 厚 的 铝 基 印制电路板， 以及常用的表贴元器件作为研究对 象。 试验用元器件清单如表 1 所示。 2.1 标准工艺焊接的可靠性
2225-a
2225-b
2225-c
图8 2225封装焊盘结构示意图
在进行力学环境试验后， 进行温度循环试验。 SMD-1a 在 180 个循环后出现微裂纹现象， 开裂位 置为焊点， 200 个循环后， 32 只器件中 30 只器件 发 生 不 同 程 度 的 开 裂 ； SMD-1b 焊 盘 封 装 器 件 在 200 个 循 环 后 ， 16 只 器 件 完 好 3 只 ， 大 端 开 裂 1 只， 小端开裂 8 只， 侧面出现裂纹 4 只； SMD-1c 焊盘共焊接器件 20 只， 在 220 个循环后开始出现 焊 点 微 裂 纹 ， 截 止 300 个 循 环 后 ， 共 开 裂 11 只 ， 占焊接器件总量 55%， 开裂位置均在小焊盘一端； SMD-1d 焊 盘 共 焊 接 器 件 10 只 ， 在 180 个 循 环 后 开始出现焊点微裂纹， 截止 300 个循环后， 共开裂 10 只， 两端均有开 裂 现 象 。 SMD-0.5 焊 盘 共 焊 接 器件 20 只， 采用图 7 第二种焊盘至第 300 个循环
金属基层： 是金属基板， 一般是铝或铜。 铝基板与 FR-4 板等几种材质的膨胀系数和导 热率见图 2[3]。
热 膨 胀 系 数 （CTE）[ppm/K] 导热率 [W/m·K]
基材选择考虑因素
25
400
CTE
350
20
导热率
300
15
250
200
10
150
5
100
50
0 FR4（x，y） 铝
0 铜 不锈钢 氧化铝 硅
CAK45 系列固体钽电容器 MOS 管、 整流管 MOS 管、 整流管 1825 等 PWM
1N5811U、 2CK84E、 ZW104、 2N3501 等晶体管 2CK84E、 ZW104 等
备注 表面贴装
开裂 （35 只样品开裂 22 只） 外， 其余本体及焊点 外 观 完 好 ， MOS 管 （LCC-18） 器 件 10 只 明 显 开 裂 9 只， SMD-1 封装功率 管 32 只 有 30 只 发 生 开 裂现象， 如图 5、 图 6 所示。
图10 元器件抬高0.4mm焊接示意图
图9 电容焊点开裂示意图 1812 封 装 的 瓷 介 质 电 容 器 在 370 个 温 度 循 环 后， 有 1 例在焊点部位出现微裂纹， 500 个循环结 束后， 有 4 例在焊点部位出现微裂纹 （试验样件共 50 只）。 其余小型封装的电容在试验过程中未出现 焊点发生微裂纹或元器件的开裂损坏。 试验结果表 明 ： SMD-1 封 装 器 件 所 设 计 的 多 种焊盘均发生开裂， 减小大端焊盘焊接面积可有效 防止阴极一侧 （大焊盘） 陶瓷体开裂， 但开裂位置 移至小端焊盘一侧。 SMD-0.5 封装器件至第300 个 温度循环后首次出现开 裂 现 象 ， 说 明 SMD-0.5 封 装器件承受应力能力远优于 SMD-1 封装器件。 2.3 应力补偿后的焊接可靠性 增加表贴元器件的应力释放结构。 通过在表贴 元器件焊极增加应力释放结构， 减缓元器件端电极 的受力， 以提高元器件抵抗焊点应力的能力， 提高 元器件的安装可靠性。 试件采用两种方式进行应力释放效果验证。 一 种 是 将 器 件 抬 高 0.4mm， 用 增 加 元 器 件 的 焊 料 高 度， 通过焊料的塑性变形来减缓内应力的大小。 该 方 式 符 合 ECSS-Q-ST-70-38C 的 规 定 。 另 一 种 是 对于 1812 和 2225 封装的陶瓷电容， 加工制作了专 用支架， 通过支架自身材料的变形来减缓应力。 两 种焊接方式如图 10、 图 11 所示。 按照规定的环境试验条件进行试验， 在 200 个 温度循环后， 抬高焊接电容器焊点出现微裂纹的比 例与未抬高焊接无明显差别； 在经历 500 个温度循 环 后 ， 带 支 架 的 2225 和 1812 封 装 电 容 各 30 只 ， 器件外观与焊点外观完好， 显微镜检查元器件及焊 点外观完好， 剖切检查未见微裂纹。 试验结果表明： 由于铝基板膨胀系数与元器件