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增加PCBA焊錫結(jié)合力的方法二:增加焊錫的接觸面積以增加焊錫強(qiáng)度

發(fā)布時(shí)間 :2018-03-21 10:42 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA加工部
BGA封裝的【SMD(Solder Mask Defined)】與【NSMD(Non Solder Mask Defined)】焊墊設(shè)計(jì)對(duì)于焊錫能力有什么影響?這兩種焊墊又對(duì)PCBA的結(jié)合力有何影響?
BGA封裝的【SMD(Solder Mask Defined)】與【NSMD(Non Solder Mask Defined)】焊墊設(shè)計(jì)對(duì)于焊錫能力有什么影響?這兩種焊墊又對(duì)PCBA的結(jié)合力有何影響?
 
二、加大零件腳焊錫的面積
請(qǐng)注意:這里指的是加大零件腳焊錫的面積,而不是增加焊錫量。
建議您請(qǐng)先參考深圳宏力捷之前寫的這篇【電子零件焊接強(qiáng)度的觀念澄清】文章。
深圳宏力捷必須再強(qiáng)調(diào)一次:「焊接強(qiáng)度基本上與焊接的面積成正比」,在不考慮更換錫膏配方及電路板表面處理的前提下,想增強(qiáng)零件焊接強(qiáng)度的要點(diǎn)有二:
 
1、增加零件腳焊錫的接觸面積。不是體積喔!
如果僅在BGA的焊球處加入更多的焊錫量,基本上是不會(huì)增加其焊錫強(qiáng)度的,應(yīng)為其焊錫面積不變,對(duì)于有引腳(如QFP)或有側(cè)面焊點(diǎn)(如電容)的SMD零件,增加焊錫量或許可以增加其焊錫強(qiáng)度,因?yàn)檫@些SMD零件的引腳有側(cè)邊焊點(diǎn)有機(jī)會(huì)可以吃錫,如果錫量增加后可以讓焊錫在焊腳側(cè)邊形成完好的弧度(curve),相對(duì)的就可以有效增加焊錫強(qiáng)度,就像是樹木或電線桿怕颶風(fēng)刮倒在側(cè)面加支柱類似,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)彎處加R角也是一樣的道理,而弧形的焊錫則可以更有效分散應(yīng)力。
 
所以,如果增加焊錫量可以讓焊錫爬上焊腳的側(cè)邊,甚至讓側(cè)邊焊錫爬得更高至完全包覆住焊腳,那么其強(qiáng)度一定會(huì)大大的增加,這比只有焊接在焊接底部要好太多了,因?yàn)槟阍黾恿撕稿a面積,而且其焊錫結(jié)構(gòu)也被加強(qiáng)了。
 
可惜大部分SMD零件的引腳側(cè)壁不是因?yàn)槌杀究剂慷鴽]有做電鍍處理直接裸銅,造成容易氧化吃不上錫,要不然就是電鍍處理了,但是腳間距卻太小,造成PCB焊墊的設(shè)計(jì)怕短路無法擴(kuò)大,以至于焊錫無法完全爬上其側(cè)邊并形成完美的弧型。
 
既然焊腳的側(cè)壁爬錫可以增加焊錫面積與焊錫強(qiáng)度,所以很多人就在接地腳(GND)的地方做文章,比如說在板對(duì)板連接器(B2B connector)兩端的接地片增加圓孔或半圓孔形狀,或是將其設(shè)計(jì)成"U"字型都有機(jī)會(huì)可以增加其焊錫強(qiáng)度。
既然焊腳的側(cè)壁爬錫可以增加焊錫面積與焊錫強(qiáng)度,所以很多人就在接地腳(GND)的地方做文章,比如說在板對(duì)板連接器(B2B connector)兩端的接地片增加圓孔或半圓孔形狀,或是將其設(shè)計(jì)成"U"字型都有機(jī)會(huì)可以增加其焊錫強(qiáng)度。既然焊腳的側(cè)壁爬錫可以增加焊錫面積與焊錫強(qiáng)度,所以很多人就在接地腳(GND)的地方做文章,比如說在板對(duì)板連接器(B2B connector)兩端的接地片增加圓孔或半圓孔形狀,或是將其設(shè)計(jì)成"U"字型都有機(jī)會(huì)可以增加其焊錫強(qiáng)度。
 
既然談到了加大焊錫面積有助增強(qiáng)焊錫強(qiáng)度,就不得不稍微提一下BGA封裝在PCB端的SMD/NSMD焊墊設(shè)計(jì)對(duì)焊錫影響的優(yōu)劣。
請(qǐng)注意不要將這里的【SMD (Solder Mask Defined)焊墊】與【SMD (Surface Mount Device)零件】搞混了喔!
 
假設(shè)SMD與NSMD焊墊設(shè)計(jì)裸露出來的面積是一樣的,那么NSMD焊墊的焊接能力應(yīng)該會(huì)比SMD焊墊來得優(yōu),之前說過了,這是因?yàn)镹SMD焊墊在焊錫時(shí)會(huì)連焊墊的側(cè)壁一起吃到錫,而SMD焊墊則沒有側(cè)壁。(NSMD又稱為銅箔定義焊墊「Copper Defined pad」)
假設(shè)SMD與NSMD焊墊設(shè)計(jì)裸露出來的面積是一樣的,那么NSMD焊墊的焊接能力應(yīng)該會(huì)比SMD焊墊來得優(yōu),之前說過了,這是因?yàn)镹SMD焊墊在焊錫時(shí)會(huì)連焊墊的側(cè)壁一起吃到錫,而SMD焊墊則沒有側(cè)壁。(NSMD又稱為銅箔定義焊墊「Copper Defined pad」)
 
但可別因?yàn)檫@樣就急著將所有的BGA焊墊都改成NSMD焊墊設(shè)計(jì)哦!凡事有利就有弊,這個(gè)世界是公平的,即使你看到的SMD及NSMD裸露出來的焊墊表面有一樣的大小,但SMD焊墊的尺寸其實(shí)比NSMD要來的大上許多(PCB Layout布線的設(shè)計(jì)而定),因?yàn)镹SMD的焊墊有一大部分只是被綠漆(Solder-Mask)給覆蓋住而已,就因?yàn)镹SMD的焊墊尺寸比較小,幾乎與BGA的錫球一樣大而已,所以一旦發(fā)生BGA錫球破裂時(shí),經(jīng)??梢奛SMD的焊墊是連著錫球一塊被拔起的。
 
就如深圳宏力捷之前說過的,應(yīng)力會(huì)自己尋找結(jié)合力最脆弱的地方來宣洩,當(dāng)焊墊從NSMD改成SMD后,焊錫力也跟著增強(qiáng)之后,焊錫IMC層抵抗應(yīng)力的能力大過了PCB銅箔附著于基材上的結(jié)合力時(shí)(SMD焊墊尺寸變小了),破裂的地方就轉(zhuǎn)變成了焊墊與FR4基材之間了。所以深圳宏力捷還是認(rèn)為,如果想徹底解決BGA破裂的問題,應(yīng)該還是要朝減少應(yīng)力作用來進(jìn)行,才有機(jī)會(huì)得到最好的改善。
 
所以,結(jié)論是NSMD焊墊的吃錫性較SMD焊墊優(yōu),而SMD焊墊的焊墊結(jié)合力則比NSMD焊墊來得好。
SMD: Solder-Mask-Defined pads(防焊定義焊墊)
NSMD: Non-Solder-Mask-Defined pads,又稱為Copper Defined pads(銅箔定義焊墊)
建議延伸閱讀:如何設(shè)計(jì)加強(qiáng)產(chǎn)品的BGA焊墊強(qiáng)度以防止BGA開裂(SolderMask Defined, SMD)
 
2.使用通孔焊腳來取代表面貼焊
其實(shí),電子零件采用表面貼焊(Surface mount)的焊錫強(qiáng)度再怎么改善,其抵抗應(yīng)力的能力就是那樣,想要再增加焊錫強(qiáng)度就只能利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),將受到的應(yīng)力傳導(dǎo)給其他的機(jī)構(gòu)來承受,而最能立竿見影的就是直接將引腳做成直立的穿孔(Plating Hole)設(shè)計(jì),這樣就可以將引腳受到的應(yīng)力再傳導(dǎo)給PCB的孔壁來承受,相對(duì)的也可以增加焊錫的強(qiáng)度。較常見的作法是將零件的部份焊腳從表面貼焊制程改成通孔焊接,比如Micro-USB連接器的鐵框焊腳,它基本上還是走SMT制程,只是部份焊腳采用PIH(Paste-In-Hole)制程,最新的Type-C也有連接器廠商出通孔及表面貼焊混合腳的零件。
 
另外,針對(duì)BGA封裝零件,可以考慮將導(dǎo)通孔(vias)放置于PCB端的焊墊上,目的就是在焊墊打上鉚釘以增強(qiáng)焊墊附著于FR4的強(qiáng)度,這就類似房子打地椿防震的道理類似,不過焊墊上的導(dǎo)通孔一定要電鍍填孔,否則BGA的錫球可能會(huì)形成孔洞(Void/bubble)問題,嚴(yán)重的話甚至?xí)斐烧眍^效應(yīng)(head in pillow)的不良現(xiàn)象。
建議相關(guān)閱讀:導(dǎo)通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則


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