表面组装印制电路板组件(Print Circiut Board Assembly,PCBA)的焊接,主要有再流焊接和波峰焊接两种工艺,它们构成了SMT组装的基本工艺流程,再流焊又称热风回流焊以下内容我们沿用学院派的再流焊名称。
1.再流焊接工艺流程
再流焊接是指通过熔化预先印刷在PCB焊盘上的焊膏,实现表面组装元器件焊端或引脚与PCB焊盘之间机械和电器连接的一种软钎焊工艺。
1)工艺特点
- (1)焊料(以焊膏形式)的施加与加热分开进行,焊点大小可控;
- (2)焊膏通过印刷的方式分配,每个焊接面一般只采用一张钢网进行焊膏印刷;
- (3)再流焊炉主要的功能就是对焊膏进行加热,它是对置于炉内的PCBA整体加热,在进行第二次焊接时,第一次焊接好的焊点会重新熔化。
2)工艺流程
- 印刷焊膏→贴片→再流焊接,如图所示。
2.波峰焊接工艺流程
波峰焊接是指将熔化的软钎焊料(含锡的焊料),经过机械泵或电磁泵喷流成焊料波峰,使预先装有元器件的PCB通过焊料波峰,实现元器件焊端或引脚与PCB插孔/焊盘之间机械和电器连接的一种软钎焊接工艺。
1)工艺特点
- (1)对PCB施加焊料与热量。
- (2)热量的施加主要通过熔化的焊料传导,施加到PCB上的热量大小主要取决于熔融焊料的温度和熔融焊料与PCB的接触时间(焊接时间)。
- (3)焊点的大小、填充性主要取决于焊盘的设计、孔与引线的安装间隙。换句话说,就是波峰焊接焊点的大小主要取决于设计。
- (4)焊接SMD,存在“遮蔽效应”,容易发生漏焊现象。所谓“遮蔽效应”,是
- 指片式SMD的封装体阻碍焊料波接触到焊盘/焊端的现象。
2)工艺流程
点胶→贴片→固化→波峰焊接,如图所示。
PCBA的组装流程设计
PCBA的组装流程设计决定了PCBA正反面元器件的布局,主要布局设计如上图所示。
1.全SMD布局设计
随着元器件封装技术的发展,基本上各类元器件都可以用表面组装封装,因此,尽可能采用全SMD设计,有利于简化工艺和提高组装密度。
根据元器件数量以及设计要求,可以设计为单面全SMD或双面全SMD布局(见下图)。对于双面全SMD布局,布局在底面的元器件应该满足顶面焊接时不会掉下来的最基本要求。
装配工艺流程如下:
- (1)底面:印刷焊膏→贴片→再流焊接。
- (2)顶面:印刷焊膏→贴片→再流焊接。
之所以先焊接底面,是因为一般底面上所布局的SMD考虑到了不能掉下来的焊接要求。
2.顶面混装,底面SMD布局设计
这是目前常见的布局形式,根据插装元器件的焊接方法,可以细分为三类布局,即波峰焊接、托盘选择性波峰焊接和移动喷嘴选择性波峰焊接或手工焊接。由于焊接工艺不同,设计要求略有不同。
1)底面采用波峰焊接的布局设计
底面采用波峰焊接的布局设计如下图所示,这类布局适合复杂表面组装元器件(不适合波峰焊接的SMD)可以在一面布局下的情况。
底面一般只能够用波峰焊接的封装,如0603~1206范围内的片式元件、引线间距大于等于1mm的SOP等。
波峰焊接的布局设计,其上的SMD必须先点胶固定。采用的装配工艺流程如下:
- (1)顶面:印刷焊膏→贴片→再流焊接。
- (2)底面:点胶→贴片→固化。
- (3)顶面:插件。
- (4)底面:波峰焊接。
之所以先焊接顶面,一方面,因为裸的PCB在焊接前比较平整;另一方面,因为底面胶的固化温度比较低(≤150°C),不会对顶面上已经焊接好的元件构成不良影响。
2)底面采用托盘选择性波峰焊接的布局设计
底面采用托盘选择性波峰焊接的布局设计如图1-7所示,这类布局适合SMD数量多、一面布局不下,又有不少插装元器件的情况。
底面布局要求比较多,一是SMD元件不能太高;二是波峰焊接元器件与托盘保护的SMD之间的间隔要满足工装、温度的设计要求。
托盘选择性波峰焊接的布局设计,其装配工艺流程如下:
- (1)底面:印刷焊膏→贴片→再流焊接。
- (2)顶面:印刷焊膏→贴片→再流焊接。
- (3)顶面:插件。
- (4)底面:加托盘波峰焊接,如图1-8所示。
3)底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计
底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计如图1-9所示,这类布局适合SMD数量多、一面布局不下,只有少数插装元器件的情况。
底面布局与双面全SMD基本一样,只要插装引脚与周围元器件的间隔满足喷嘴焊接要求即可。
底面采用移动喷嘴选择性波峰焊接的布局设计,其装配工艺流程如下:
- (1)底面:印刷焊膏→贴片→再流焊接。
- (2)顶面:印刷焊膏→贴片→再流焊接。
- (3)底面:移动喷嘴选择性波峰焊接。
PCBA组装流程设计是为SMT生产服务的,也有部分从业人员称为SMT工艺,只有了解SMT工艺理论才能更好的运用好不同的工艺流程方案,解决SMT生产过程中遇到的生产问题,各方信息都是见仁见智,各得其所吧。