通过器件封装优化设计优化PCBA可制造性

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着现代电子技术的飞速发展，PCBA 也向着高密度高可靠性方面发展。虽然现阶段 PCB 和 PCBA 制造工艺水平有很大的提升，常规 PCB 阻焊工艺不会对产品可制造性造成致命的影响。但是对于器件引脚间距非常小的器件，由于 PCB 助焊焊盘设计和 PCB 阻焊焊盘设计不合理，将会提升 SMT 焊接工艺难度，增加 PCBA 表面贴装加工质量风险。鉴于这种 PCB 助焊和阻焊焊盘设计的不合理带来的可制造性和可靠性隐患问题，结合 PCB 和 PCBA 实际工艺水平，可通过器件封装优化设计规避可制造性问题。优化设计主要从二方面着手，其一，PCB LAYOUT 优化设计；其二，PCB 工程优化设计。

+ `' \1 r( ]; e; ~/ F( z  n! U: KPCB 阻焊设计现状
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& I+ M6 C9 ^+ k4 ?) RPCB LAYOUT 设计
: n. X3 `; s' R依据 IPC 7351 标准封装库并参考器件规格书推荐的焊盘尺寸进行封装设计。为了快速设计，Layout 工程师优先按照推荐的焊盘尺寸上进行加大修正设计，PCB 助焊焊盘设计长宽均加大 0．1mm，阻焊焊盘也在助焊焊盘基础上长宽各加大 0．1mm。如图一所示：
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! N: z" Q9 x5 t. j7 X（图一）
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PCB 工程设计
常规 PCB 阻焊工艺要求覆盖助焊焊盘边沿 0．05mm，两个助焊盘阻焊中间阻焊桥大于 0．1mm，如图二（2）所示。在 PCB 工程设计阶段，当阻焊焊盘尺寸无法优化时且两个焊盘中间阻焊桥小于 0．1mm，PCB 工程采用群焊盘式窗口设计处理。如图二（3）所示：

（图二）
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% a5 {" e6 j8 Y1 WPCB 阻焊设计要求

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# [  C  w8 N! p: }. B8 ?+ _2 k- f* NPCB LAYOUT 设计要求
0 Z/ Y% O! c8 o/ u) K& V当两个助焊焊盘边沿间距大于 0．2mm 以上的焊盘，按照常规焊盘对封装进行设计；当两个助焊焊盘边沿间距小于 0．2mm 时，则需要进行 DFM 优化设计，DFM 优化设计方法有助焊和阻焊焊盘尺寸优化。确保 PCB 制造时，阻焊工序的阻焊剂能够形成最小阻焊桥隔离焊盘。如图三所示：
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（图三）
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5 L* O8 Y, j" F; bPCB 工程设计要求
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/ D0 E1 a9 I  y; r/ {当两助焊焊盘边沿间距大于 0．2mm 以上的焊盘，按照常规要求进行工程设计；当两焊盘边沿间距小于 0．2mm，需要进行 DFM 设计，工程设计 DFM 方法有阻焊层设计优化和助焊层削铜处理；削铜尺寸务必参考器件规格书，削铜后的助焊层焊盘应在推荐焊盘设计的尺寸范围内，且 PCB 阻焊设计应为单焊盘式窗口设计，即在焊盘之间可覆盖阻焊桥。确保在 PCBA 制造过程中，两个焊盘中间有阻焊桥做隔离，规避焊接外观质量问题及电气性能可靠性问题发生。
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6 B. r" C  S& v, cPCBA 工艺能力要求

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阻焊膜在焊接组装过程中可以有效防止焊料桥连短接，对于高密度细间距引脚的 PCB，如果引脚之间无阻焊桥做隔离，PCBA 加工厂无法保证产品的局部焊接质量。针对高密度细间距引脚无阻焊做隔离的 PCB，现 PCBA 制造工厂处理方式是判定 PCB 来料不良，并不予上线生产。如客户坚持要求上线，PCBA 制造工厂为了规避质量风险，不会保证产品的焊接质量，预知 PCBA 工厂制造过程中出现的焊接质量问题将协商处理。
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9 d. c% \2 d7 P; }8 i& m3 `" G案例分析



器件规格书尺寸
# i" |: w3 q: y1 ?4 K6 I! I; J1 ~如下图四，器件引脚中心间距：0．65mm，引脚宽度：0．2～0．4mm，引脚长度：0．3～0．5mm。
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' T- r. g4 ?, }& @  k% f% l+ T

（图四）

& @0 t6 B6 r  `. |6 B8 ~4 v  x( xPCB LAYOUT 实际设计
/ i6 ]$ P4 O# ^, P) i! v如下图五，助焊焊盘尺寸 0．8＊0．5mm，阻焊焊盘尺寸 0．9＊0．6mm，器件焊盘中心间距 0．65mm，助焊边沿间距 0．15mm，阻焊边沿间距 0．05mm，单边阻焊宽度增加 0．05mm。
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（图五）

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PCB 工程设计要求
按照常规阻焊工程设计，单边阻焊焊盘尺寸要求大于助焊焊盘尺寸 0．05mm，否则会有阻焊剂覆盖助焊层的风险。如上图五，单边阻焊宽度为 0．05mm，满足阻焊生产加工要求。但两个阻焊盘边沿间距只有 0．05mm，不满足最小阻焊桥工艺要求。工程设计直接把芯片整排引脚设计为群焊盘式窗口设计。如图六所示：
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" l: o) a5 l% w9 t" L9 ]$ |+ `

（图六）

& c" U$ }3 Z. A0 p实际焊接效果
按照工程设计要求后制板，并完成 SMT 贴片。通过功能测试验证，该芯片焊接不良率在 50％以上；再次通过温度循环实验后，还可以筛选出 5％以上不良率。首选对器件进行外观分析（20 倍放大镜），发现芯片相邻引脚之间有锡渣及焊接后的残留物；其次对失效的产品进行分析，发现失效芯片引脚短路烧毁。如图七所示：
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  |- [+ `! R, [9 H. V（图七）
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优化方案



# }- \% K! o0 G7 q+ t) ZPCB LAYOUT 设计优化
% j  Z5 W. @8 x' G, B参考 IPC 7351 标准封装库，助焊焊盘设计为 1．2mm＊0．3mm，阻焊焊盘设计 1．3＊0．4mm，相邻焊盘中心间距 0．65mm 保持不变。通过以上设计，单边阻焊 0．05mm 的尺寸满足 PCB 加工工艺要求，相邻阻焊边沿间距 0．25mm 尺寸满足阻焊桥工艺，加大阻焊桥的冗余设计可以大大降低焊接质量风险，从而提高产品的可靠性。

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（图八）

6 w8 Q, L9 u9 X0 jPCB 工程设计优化
按照图八对助焊焊盘宽度进行削铜处理，调整阻焊宽度焊盘大小。保证器件两助焊焊盘边沿间大于 0．2mm，两阻焊焊盘边沿间大于 0．1mm，助焊和阻焊焊盘长度保持不变。满足 PCB 阻焊单焊盘式窗口设计的可制造性要求。
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3 t6 x& T! z, o/ W: R: C/ ^/ h（图九）
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方案论证

设计验证
针对上述所提的问题焊盘，通过以上方案优化焊盘和阻焊设计，相邻焊盘边沿间距大于 0．2mm，阻焊焊盘边沿间距大于 0．1mm，该尺寸可满足阻焊桥制程需求。如图十所示：
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. y3 f6 V. V& Y/ e- N8 n1 x6 i

  ^/ d' t* _; a（图十）

0 Z( S% c6 a  T/ K) s测试良率对比
4 ]1 O4 O6 F7 e从 PCB LAYOUT 设计和 PCB 工程设计优化阻焊设计后，组织重新补投相同数量的 PCB，并按照相同制程完成贴装生产。产品各项参数对比如表一所示：
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5 {& [# s0 i% r3 I（表一）

% a- j; e2 y" i7 {* g& Y通过以上数据可得，优化方案验证有效，满足产品可制造性设计。
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. U2 ^" }! ?7 c' S4 v1 w4 _/ N优化设计总结
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综上所述，器件引脚边沿间距小于 0．2mm 的芯片不能按照常规封装设计，PCB LAYOUT 设计助焊焊盘宽度不予补偿，通过加长助焊焊盘长度规避焊接接触面积可靠性问题。对于助焊焊盘过大导致两阻焊边沿间距过小，优先考虑削铜处理；对于阻焊焊盘设计过大的，优化阻焊设计，有效增加两阻焊焊盘边沿宽度，从而保证 PCBA 焊接质量保障。可见，助焊和阻焊焊盘设计之间的协调对提高 PCBA 可制造性及焊接直通率有决定性作用。
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Zmb

阻焊膜在焊接组装过程中可以有效防止焊料桥连短接，对于高密度细间距引脚的 PCB，如果引脚之间无阻焊桥做隔离，PCBA 加工厂无法保证产品的局部焊接质量