ข้อกำหนดสำหรับการออกแบบโครงร่างของส่วนประกอบสำหรับพื้นผิวการบัดกรีแบบคลื่น

1. ความเป็นมา

การบัดกรีแบบคลื่นถูกนำมาใช้และให้ความร้อนโดยการบัดกรีหลอมเหลวที่หมุดของส่วนประกอบเนื่องจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของยอดคลื่นและ PCB และ "ความเหนียว" ของการบัดกรีที่หลอมเหลว กระบวนการบัดกรีด้วยคลื่นจึงซับซ้อนกว่าการเชื่อมแบบรีโฟลว์มากมีข้อกำหนดสำหรับระยะห่างของพิน ความยาวส่วนขยายของพิน และขนาดแผ่นของบรรจุภัณฑ์ที่จะเชื่อมนอกจากนี้ยังมีข้อกำหนดสำหรับทิศทางเค้าโครง ระยะห่าง และการเชื่อมต่อรูยึดบนพื้นผิวบอร์ด PCBกล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการบัดกรีด้วยคลื่นค่อนข้างแย่และต้องมีคุณภาพสูงผลผลิตของการเชื่อมโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับการออกแบบ

2. ข้อกำหนดด้านบรรจุภัณฑ์

ก.ส่วนประกอบยึดที่เหมาะสำหรับการบัดกรีด้วยคลื่นควรมีปลายเชื่อมหรือปลายนำเปิดออกระยะห่างจากพื้นตัวถังบรรจุภัณฑ์ (Stand Off) <0.15 มม.;ข้อกำหนดพื้นฐานความสูง <4 มม.

องค์ประกอบเมานต์ที่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้ ได้แก่:

ความต้านทานของชิป 0603 ~ 1206 และองค์ประกอบความจุภายในช่วงขนาดแพ็คเกจ

SOP ที่มีระยะศูนย์กลางตะกั่ว ≥1.0 มม. และความสูง <4 มม.

ตัวเหนี่ยวนำชิปที่มีความสูง ≤4mm;

ตัวเหนี่ยวนำชิปคอยล์แบบไม่สัมผัส (ประเภท C, M)

ข.องค์ประกอบข้อต่อฟิตติ้งพินขนาดกะทัดรัดที่เหมาะสำหรับการบัดกรีแบบคลื่นคือแพ็คเกจที่มีระยะห่างขั้นต่ำระหว่างพินที่อยู่ติดกัน ≥1.75 มม.

[หมายเหตุ]ระยะห่างขั้นต่ำของส่วนประกอบที่แทรกเป็นหลักฐานที่ยอมรับได้สำหรับการบัดกรีแบบคลื่นอย่างไรก็ตาม การปฏิบัติตามข้อกำหนดระยะห่างขั้นต่ำไม่ได้หมายความว่าจะสามารถเชื่อมคุณภาพสูงได้ข้อกำหนดอื่นๆ เช่น ทิศทางของโครงร่าง ความยาวของตะกั่วออกจากพื้นผิวการเชื่อม และระยะห่างของแผ่นอิเล็กโทรด ควรเป็นไปตามนั้น

ชิ้นส่วนยึดชิป ขนาดแพ็คเกจ <0603 ไม่เหมาะสำหรับการบัดกรีแบบคลื่น เนื่องจากช่องว่างระหว่างปลายทั้งสองขององค์ประกอบนั้นเล็กเกินไป และเกิดขึ้นได้ง่ายระหว่างปลายทั้งสองของสะพาน

องค์ประกอบที่ยึดชิป ขนาดบรรจุภัณฑ์ >1206 ไม่เหมาะสำหรับการบัดกรีด้วยคลื่น เนื่องจากการบัดกรีด้วยคลื่นเป็นการให้ความร้อนที่ไม่สมดุล ความต้านทานของชิปขนาดใหญ่ และองค์ประกอบความจุไฟฟ้าแตกง่ายเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนไม่ตรงกัน

3. ทิศทางการส่ง

ก่อนการจัดวางส่วนประกอบบนพื้นผิวการบัดกรีด้วยคลื่น ควรกำหนดทิศทางการถ่ายโอนของ PCB ผ่านเตาเผาก่อน ซึ่งเป็น "การอ้างอิงกระบวนการ" สำหรับโครงร่างของส่วนประกอบที่แทรกดังนั้นควรกำหนดทิศทางของการส่งผ่านก่อนการจัดวางส่วนประกอบบนพื้นผิวการบัดกรีด้วยคลื่น

ก.โดยทั่วไปทิศทางการส่งควรเป็นด้านยาว

ข.หากโครงร่างมีขั้วต่อแบบเสียบพินหนาแน่น (ระยะห่าง <2.54 มม.) ทิศทางโครงร่างของตัวเชื่อมต่อควรเป็นทิศทางการส่งผ่าน

ค.บนพื้นผิวการบัดกรีด้วยคลื่น ซิลค์สกรีนหรือลูกศรแกะสลักฟอยล์ทองแดงใช้เพื่อทำเครื่องหมายทิศทางของการส่งสัญญาณเพื่อระบุตัวตนระหว่างการเชื่อม

[หมายเหตุ]ทิศทางโครงร่างส่วนประกอบมีความสำคัญมากสำหรับการบัดกรีด้วยคลื่น เนื่องจากการบัดกรีด้วยคลื่นมีกระบวนการดีบุกเข้าและออกดังนั้นการออกแบบและการเชื่อมจึงต้องเป็นไปในทิศทางเดียวกัน

นี่คือเหตุผลในการทำเครื่องหมายทิศทางของการส่งคลื่นบัดกรี

หากคุณสามารถกำหนดทิศทางการส่งสัญญาณได้ เช่น การออกแบบแผ่นดีบุกที่ถูกขโมย จะไม่สามารถระบุทิศทางของการส่งสัญญาณได้

4. ทิศทางเค้าโครง

ทิศทางโครงร่างของส่วนประกอบส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบของชิปและตัวเชื่อมต่อแบบหลายพิน

ก.ทิศทางยาวของบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์ SOP ควรจัดเรียงขนานกับทิศทางการส่งผ่านของการเชื่อมจุดสูงสุดของคลื่น และทิศทางยาวของส่วนประกอบชิปควรตั้งฉากกับทิศทางการส่งผ่านของการเชื่อมจุดสูงสุดของคลื่น

ข.สำหรับส่วนประกอบปลั๊กอินสองพินหลายตัว ทิศทางการเชื่อมต่อของศูนย์กลางแจ็คควรตั้งฉากกับทิศทางการส่งผ่านเพื่อลดปรากฏการณ์การลอยตัวของปลายด้านหนึ่งของส่วนประกอบ

[หมายเหตุ]เนื่องจากตัวบรรจุภัณฑ์ขององค์ประกอบแพทช์มีผลในการปิดกั้นการบัดกรีที่หลอมละลาย จึงง่ายต่อการนำไปสู่การเชื่อมรั่วของหมุดที่อยู่ด้านหลังตัวบรรจุภัณฑ์ (ด้านปลายทาง)

ดังนั้นข้อกำหนดทั่วไปของตัวบรรจุภัณฑ์จึงไม่ส่งผลต่อทิศทางการไหลของโครงร่างการบัดกรีหลอมเหลว

การต่อขั้วต่อแบบหลายพินเกิดขึ้นที่ปลาย/ด้านข้างของพินเป็นหลักการจัดตำแหน่งของหมุดขั้วต่อในทิศทางของการส่งผ่านจะช่วยลดจำนวนหมุดยึดและจำนวนบริดจ์ในที่สุดจากนั้นกำจัดสะพานให้หมดด้วยการออกแบบแผ่นดีบุกที่ถูกขโมย

5. ข้อกำหนดด้านระยะห่าง

สำหรับส่วนประกอบของแพทช์ ระยะห่างของแผ่นหมายถึงระยะห่างระหว่างคุณสมบัติที่ยื่นออกมาสูงสุด (รวมถึงแผ่นอิเล็กโทรด) ของบรรจุภัณฑ์ที่อยู่ติดกันสำหรับส่วนประกอบปลั๊กอิน ระยะห่างของแผ่นหมายถึงระยะห่างระหว่างแผ่นอิเล็กโทรด

สำหรับส่วนประกอบ SMT ระยะห่างของแผ่นไม่ได้พิจารณาจากด้านสะพานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลการปิดกั้นของตัวบรรจุภัณฑ์ที่อาจทำให้เกิดการรั่วไหลของการเชื่อม

ก.ระยะห่างระหว่างแผ่นของส่วนประกอบปลั๊กอินโดยทั่วไปควรอยู่ที่ ≥1.00 มม.สำหรับขั้วต่อปลั๊กอินแบบละเอียด อนุญาตให้ลดขนาดได้เล็กน้อย แต่ค่าต่ำสุดไม่ควรน้อยกว่า 0.60 มม.
ข.ช่วงเวลาระหว่างแผ่นส่วนประกอบปลั๊กอินและแผ่นส่วนประกอบแพทช์บัดกรีคลื่นควรอยู่ที่ ≥1.25 มม.

6. ข้อกำหนดพิเศษสำหรับการออกแบบแผ่น

ก.เพื่อลดการรั่วไหลของการเชื่อม แนะนำให้ออกแบบแผ่นอิเล็กโทรดสำหรับตัวเก็บประจุ 0805/0603, SOT, SOP และแทนทาลัมตามข้อกำหนดต่อไปนี้

สำหรับส่วนประกอบ 0805/0603 ให้ปฏิบัติตามการออกแบบที่แนะนำของ IPC-7351 (แผ่นขยาย 0.2 มม. และความกว้างลดลง 30%)

สำหรับตัวเก็บประจุ SOT และแทนทาลัม ควรขยายแผ่นอิเล็กโทรดออกไปด้านนอก 0.3 มม. จากแบบปกติ

ข.สำหรับแผ่นรูที่เป็นโลหะ ความแข็งแรงของข้อต่อประสานส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อของรู ความกว้างของแหวนแผ่น ≥0.25มม.

ค.สำหรับรูที่ไม่ใช่โลหะ (แผงเดียว) ความแข็งแรงของรอยประสานจะขึ้นอยู่กับขนาดของแผ่น โดยทั่วไปเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นควรมากกว่า 2.5 เท่าของรูรับแสง

ง.สำหรับบรรจุภัณฑ์ SOP ควรออกแบบแผ่นกันขโมยดีบุกที่ปลายหมุดกำหนดหากระยะห่าง SOP ค่อนข้างใหญ่ การออกแบบแผ่นกันขโมยดีบุกก็อาจมีขนาดใหญ่ขึ้นได้เช่นกัน

จ.สำหรับขั้วต่อแบบหลายพินควรออกแบบไว้ที่ปลายดีบุกของแผ่นดีบุก

7. ความยาวตะกั่ว

a.ความยาวของตะกั่วมีความสัมพันธ์ที่ดีกับการก่อตัวของการเชื่อมต่อสะพาน ยิ่งระยะห่างของพินน้อยลงเท่าใดอิทธิพลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

หากระยะห่างของพินคือ 2~2.54 มม. ควรควบคุมความยาวของตะกั่วใน 0.8~1.3 มม.

หากระยะห่างของพินน้อยกว่า 2 มม. ควรควบคุมความยาวของตะกั่ว 0.5~1.0 มม.

ข.ความยาวส่วนขยายของตะกั่วสามารถมีบทบาทได้ภายใต้เงื่อนไขว่าทิศทางโครงร่างส่วนประกอบตรงตามข้อกำหนดของการบัดกรีแบบคลื่น มิฉะนั้นผลของการกำจัดสะพานจะไม่ชัดเจน

[หมายเหตุ]อิทธิพลของความยาวตะกั่วต่อการเชื่อมต่อสะพานมีความซับซ้อนมากขึ้น โดยทั่วไป >2.5 มม. หรือ <1.0 มม. อิทธิพลต่อการเชื่อมต่อสะพานมีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่ระหว่าง 1.0-2.5 ม. อิทธิพลนั้นค่อนข้างใหญ่กล่าวคือมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดปรากฏการณ์การเชื่อมโยงมากที่สุดเมื่อไม่ยาวหรือสั้นเกินไป

8. การใช้หมึกเชื่อม

ก.เรามักจะเห็นกราฟิกหมึกพิมพ์กราฟิกของตัวเชื่อมต่อแพด โดยทั่วไปเชื่อว่าการออกแบบดังกล่าวจะช่วยลดปรากฏการณ์การเชื่อมต่อกลไกอาจเป็นได้ว่าพื้นผิวของชั้นหมึกมีความหยาบ ง่ายต่อการดูดซับฟลักซ์มากขึ้น ฟลักซ์ในการระเหยของบัดกรีหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง และการก่อตัวของฟองแยก เพื่อลดการเกิดการเชื่อมต่อ

ข.หากระยะห่างระหว่างแผ่นพิน <1.0 มม. คุณสามารถออกแบบชั้นหมึกประสานที่ปิดกั้นด้านนอกแผ่นเพื่อลดความน่าจะเป็นของการเชื่อมต่อ ส่วนใหญ่จะกำจัดแผ่นหนาแน่นที่อยู่ตรงกลางของสะพานระหว่างข้อต่อประสานและหลัก การกำจัดกลุ่มแผ่นหนาแน่นที่ส่วนท้ายของข้อต่อประสานสะพานจะทำให้หน้าที่ต่างกันดังนั้นสำหรับระยะห่างของพินจึงมีแผ่นหนาแน่นค่อนข้างเล็ก ควรใช้หมึกประสานและแผ่นประสานแบบขโมยร่วมกัน