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。

3 x4 {* m+ a- F7 BPCB 阻焊设计现状


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PCB LAYOUT 设计
# @8 @! x; t* q3 y! c- D, Q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：

（图一）

PCB 工程设计
$ A* Z% e% o( v  \: x8 w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：
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（图二）

0 K9 v: W9 u0 J6 `) PPCB 阻焊设计要求
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2 S3 u  P+ h7 d6 [# _3 q+ I: p2 ^PCB LAYOUT 设计要求
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：

（图三）
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; P+ |8 w) l7 q! c1 E) TPCB 工程设计要求

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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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PCBA 工艺能力要求
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! P# X" J5 L' S( Z* a: q0 c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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案例分析

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器件规格书尺寸
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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（图四）

PCB LAYOUT 实际设计
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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8 Z9 a7 h  ?7 j（图五）
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/ n/ I0 m' W! C" t% xPCB 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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（图六）
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1 g7 I  x+ ]  R# X. s2 @实际焊接效果
/ z' g- a5 K; d* @# Y$ ]* `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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4 ?$ w6 m) U+ Q( H/ T6 b" J/ a（图七）
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8 `( d/ M/ r" p- Y优化方案
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PCB LAYOUT 设计优化
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）
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  h) Y! f) a) Y' kPCB 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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（图九）


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方案论证

设计验证
* A" b2 T* ~. _0 N* V# }  _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：

（图十）
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6 i# F& `9 A7 h测试良率对比
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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6 H7 B4 s8 ^+ \（表一）

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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' b1 x7 h6 }+ A! j- j1 I' ?  G2 [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