SMT再流焊接焊点的工艺可靠性设计

2019-05-11 09:34

一、SMT再流焊接焊点的结构特征

表面贴装元器件通常是指片式元器件QFP、PLCC、BGA、CSP等，表面贴装所形成的焊接接合部与通孔焊接方式所形成的接合部有很大的差异。SMT的接合过程是在基板焊盘上通过印刷焊膏→贴装SMC/SMD→再流焊接而完成其接合过程。从接合强度分析，SMT所形成焊点的接合强度远不如通孔安装方式（THT）所形成的焊点强度。1.THT焊点结构对焊点强度的影响THT安装是将元器件的引脚直接插入PCB的金属化通孔（以下均简称PTH孔）中，在焊接中再用钎料将其填充，形成焊点的结构，如图1所示。

图1 THT焊点结构

沿着PTH孔的壁面，PTH和元器件之间的连接将是很牢固的。这种连接结构形成良好焊点的条件，取决于下述因素：① PTH孔与元器件之间的间隙：这一间隙值沿半径方向通常取0.15～0.30mm（见图2），此时，液态钎料就能非常好地填充其中的所有间隙；

图2 PTH孔与引脚间的间隙

② PTH孔和元器件的可焊性；③ 焊点内部发生气孔的预防。上述因素中：①是在PCB图形设计阶段就已确定，而②、③则是在生产现场需要关注的。从安装工艺性来看，通孔正好还起到了元器件引脚插入时的导向作用，可以减少安装失误。所以从确保焊接接合部的可靠性来看，THT方式更容易管理。2.SMT焊点结构对焊点强度的影响SMT接合部结构仅是通过钎料来支撑其接合强度的，如图3、图4所示。由于其焊接强度的优劣在很大程度上取决于焊膏本身的材料特性，与THT方式相比，SMT的焊点没有像PTH孔那样的支撑焊接部强度的机构。因此，对接合部的可靠性设计和可靠性评估的重点是，焊膏的材料特性（特别是疲劳特性）及接合部的形状。由于接合部的形状多种多样，因此，评估时通常采用计算机仿真来进行。

图3 SMC（SMT）焊点

图4 SMD（SMT）焊点

SMT生产线由焊膏印刷、贴片、再流焊接等工序组成，这些工序都是构成产品生产中发生质量问题的原因。因此，在生产现场加强对上述各工序及其彼此间的控制和管理，对确保产品质量有着特殊的意义。对接合部可靠性产生影响的主要因素归纳起来有下述4点：① 供给PCB焊盘的钎料量；② PCB焊盘与元器件电极部之间的间隙；③ 元器件的贴放位置对PCB焊盘之间的位置偏差；④ 焊盘和元器件的可焊性。上述这些因素都构成了生产现场工艺过程控制的要素，对这些要素控制的好与坏，直接左右焊接接合部的可靠性，这也是对SMT再流焊点进行工艺可靠性设计计算的主要出发点，特别是在无铅制程中尤其要关注的地方。强调对SMT再流焊接焊点进行工艺可靠性设计的目的，就是要从产品投产前的工艺准备阶段就对生产现场将会发生的各种不良模式进行预测，以求预先就采取必要的预防措施，将可能发生的不良现象消灭在生产开始之前，即从不让一个不良品产生的理念提高到不让产生不良品的条件存在的高度。而且工艺可靠性设计的好坏还将直接关系到生产效率的提高和产品的良品率。

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