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無(wú)鉛選擇性波峰焊對(duì)散熱困難的PCB板指導(dǎo)方針

來(lái)源：上海銳馳創(chuàng)通電子科技有限公司 2013年05月28日 16:26

摘要

無(wú)鉛選擇性波峰焊對(duì)散熱困難的PCB板指導(dǎo)方針,由于無(wú)鉛合金在電子組裝業(yè)中運(yùn)用越來(lái)越廣，因此，電子組裝業(yè)投入大量精力為無(wú)鉛合金研發(fā)DFM指導(dǎo)方針。然而，波峰焊仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，因?yàn)樗且粋€(gè)復(fù)雜的工藝，其中有許多相互關(guān)聯(lián)的因素。波峰焊面臨的挑戰(zhàn)之一是要為較厚的PCB板尋找良好的引腳通孔管，特別是能夠把較厚的PCB電源/接地引腳連接到多個(gè)平面層的引腳通孔管。選擇性波峰焊工藝中一個(gè)重要因素是PTH引腳周?chē)尉呖趶降某叽纭?據(jù)觀察，與較小的治具口徑相比，較大的治具口徑能提供更好的管裝填充，但此結(jié)論還需進(jìn)一步研究，以便為更多散熱困難的產(chǎn)品設(shè)計(jì)zui合適的治具口徑。使用推薦的治具口徑可以指導(dǎo)DFM設(shè)計(jì)，防止元件進(jìn)入電路板焊接面上PTH的引腳區(qū)。

本文介紹使用各種尺寸的選擇性治具口徑研究較厚的散熱困難的實(shí)驗(yàn)載體所得的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)載體厚度為3.05mm（0.120”），具有20個(gè)銅層，包括10個(gè)平面層，并填充不同的PTH元件類(lèi)型。其它的設(shè)計(jì)參數(shù)包括Pin腳到銅孔的距離，連接到每個(gè)Pin腳的平面層數(shù)量。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)*個(gè)階段是優(yōu)化波峰焊工藝參數(shù)，第二階段是保持優(yōu)化的工藝參數(shù)不變，只改變治具口徑大小。zui后討論不同尺寸的治具口徑和其它設(shè)計(jì)因素相互作用的結(jié)果。

介紹

在產(chǎn)品生命周期早期，可制造性設(shè)計(jì)（DFM）在提高產(chǎn)品可制造性，產(chǎn)量和成本利潤(rùn)方面起著重要作用。設(shè)計(jì)定案前，通過(guò)考慮DFM對(duì)制造的影響，可以解決設(shè)計(jì)和制造的矛盾，并以有成本效益的方式做出*決策。一旦確定設(shè)計(jì)，要想做出改變就非常困難，實(shí)施起來(lái)的花費(fèi)也會(huì)很昂貴。組裝技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求在不斷變化，因此DFM指導(dǎo)方針要不斷發(fā)展才能滿(mǎn)足不斷變化的要求。在波峰焊工藝中，含鉛焊料向無(wú)鉛焊料的轉(zhuǎn)變，使之有必要對(duì)DFM指導(dǎo)方針做出重新評(píng)估。

波峰焊是一道復(fù)雜的工藝，涉及許多變量，設(shè)計(jì)因素和它們之間的相互作用。早期工作記錄了從有鉛焊接到無(wú)鉛焊接轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷的一系列挑戰(zhàn)。增加PCB厚度和熱質(zhì)量也會(huì)增加挑戰(zhàn)。除了對(duì)眾多Pin腳通孔（PTH）元件進(jìn)行面板雙面設(shè)計(jì)外，選擇性波峰焊也經(jīng)常用來(lái)連接PTH元件。選擇性波峰焊工藝?yán)门c產(chǎn)品配套的治具保護(hù)電路板底部的SMT元件，并在治具上留有小孔，使PTH元件Pin腳能夠接觸到焊料。為治具小孔設(shè)計(jì)DFM指導(dǎo)方針的目的是得到可接受的組裝結(jié)果，而無(wú)需過(guò)度限制設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。

本文重點(diǎn)研究選擇性波峰焊治具孔徑的尺寸對(duì)PTH銅孔透錫性及包含大量平面層的較厚測(cè)試載體的影響。選出的測(cè)試載體代表運(yùn)用在無(wú)鉛選擇性波峰焊上現(xiàn)實(shí)但具挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。本文研究治具孔徑對(duì)各種類(lèi)型元件的影響及孔徑尺寸和其他設(shè)計(jì)特點(diǎn)的相互作用。測(cè)試載體上加載著錫-銀-銅（SAC）焊料和錫鉛焊料，這樣可以更好理解轉(zhuǎn)換無(wú)鉛焊料對(duì)較厚且散熱困難的電路板的影響。

測(cè)試載體

使用的測(cè)試載體是一個(gè)280mmx404mm（11”×16”）的電路板，厚度為3.00mm（0.120”），共20層，代表高度復(fù)雜，散熱困難的產(chǎn)品，比如服務(wù)器，工業(yè)和電信產(chǎn)品等。測(cè)試載體選用的PTH元件是安裝在通訊板上的常見(jiàn)元件（表1）。根據(jù)研究需要，修改現(xiàn)有測(cè)試載體，載體板上留出大量空隙。組裝電路板如圖1所示。電路板共10個(gè)平面層，其中8層含銅量為1oz，2層含銅量為2oz。板子堆疊情況如圖2所示。

圖1 測(cè)試載體和元件

圖2 板子堆疊表1 元件組裝

組裝元件中，連接Pin腳的接地層數(shù)量不同，其目的在于模仿產(chǎn)品的典型性連接。圖3和表2顯示接地連接詳情。另外圖3也顯示了電路板傳送方向。

圖3 元件設(shè)計(jì)

表2 元件接地連接數(shù)量

先前的實(shí)驗(yàn)顯示Pin腳對(duì)銅孔上孔間隙的影響，孔間隙降低銅孔透錫性，并降低合格率。每個(gè)元件的孔洞大小和孔間隙所對(duì)應(yīng)的Pin腳如表3所示。

表3 Pin腳和銅孔間隙

檢測(cè)策略

組裝完成后，使用X射線(xiàn)檢測(cè)機(jī)檢測(cè)銅孔透錫率。根據(jù)IPC-A-610E電子組件可接受范圍要求檢測(cè)合格/不合格率。對(duì)于信號(hào)Pin腳來(lái)說(shuō)，銅孔透錫率不能低于75％。本次研究使用兩個(gè)X-射線(xiàn)程序。使用10個(gè)slice 程序，10％的分辨率測(cè)量銅孔透錫率（圖4）。40％接地Pin腳測(cè)量是由10個(gè)slice程序提供。獨(dú)立的slice程序，只有銅孔深度的75％，測(cè)量信號(hào)Pin腳不合格數(shù)。

圖4 X-射線(xiàn)檢測(cè)程序：10個(gè)slices

為了驗(yàn)證X射線(xiàn)檢測(cè)機(jī)檢測(cè)結(jié)果，提供了3個(gè)參考指標(biāo)的截面圖和銅孔透錫率。下圖5.6.7所示是截面對(duì)比圖和X-射線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果。此結(jié)果證實(shí)了之前X-射線(xiàn)檢測(cè)結(jié)果，說(shuō)明X-射線(xiàn)檢測(cè)PTH銅孔透錫性方法是毋庸置疑的。

   圖5 X-射線(xiàn)程序驗(yàn)證C20元件

  圖6 X-射線(xiàn)程序驗(yàn)證D5元件

  圖7 X-射線(xiàn)程序驗(yàn)證H4元件

實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
無(wú)鉛

在具有不同治具口徑的測(cè)試載體組裝前，工藝參數(shù)通過(guò)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)程序確定。表4所示的是DOE變量和常數(shù)因子。使用具有10個(gè)slice程序的X-射線(xiàn)分析其結(jié)果。結(jié)果表明，長(zhǎng)時(shí)間接觸和較高預(yù)熱溫度可以達(dá)到*銅孔透錫率。然后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用在所有電路板組裝的主試驗(yàn)中。

圖4 無(wú)鉛工藝優(yōu)化

在主要的無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用八個(gè)不同的治具。對(duì)于每個(gè)治具來(lái)說(shuō)，從孔壁到zui近的PTHpad距離都不一樣。所有治具厚度為8mm（0.315”）。不同尺寸的治具口徑都有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的SMT元件，這樣元件就不會(huì)進(jìn)入PTHpad中。額外的距離為治具壁接觸和密封PCB表面提供空間，并降低板子放在治具上時(shí)，對(duì)SMT元件的損壞。圖8所示的是口徑為2.54 mm （0.100”）的治具和相應(yīng)的SMT元件。

圖8 2.54mm （0.100”）治具口徑

無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中使用的8個(gè)不同尺寸的治具口徑和相應(yīng)的元件，如圖表5所示。對(duì)8個(gè)治具設(shè)計(jì)的每一個(gè)設(shè)計(jì)重復(fù)組裝5次。

表5.無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中治具口徑尺寸

此外，3個(gè)電路板和一個(gè)*開(kāi)放的波峰焊治具一同被組裝。對(duì)于更復(fù)雜的擁有*SMT包裝的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，使用*開(kāi)放的波峰焊治具顯然不是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)選擇。實(shí)驗(yàn)中的電路板是為了在理想的治具孔徑條件下提供一個(gè)基準(zhǔn)。

SnPb

在具有不同治具口徑的測(cè)試載體組裝前，工藝參數(shù)通過(guò)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)程序確定。表6所示的是DOE變量和常數(shù)因子。使用具有10個(gè)slice程序的X-射線(xiàn)分析其結(jié)果。結(jié)果表明，長(zhǎng)時(shí)間接觸和較高預(yù)熱溫度可以達(dá)到*銅孔透錫率。然后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用在所有電路板組裝的主試驗(yàn)中。

表6 SnPb工藝優(yōu)化

在主要的SnPb實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用四個(gè)不同的治具。對(duì)于每個(gè)治具來(lái)說(shuō)，從孔壁到zui近的PTHpad距離都不一樣。所有治具厚度為8mm（0.315”），和在無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中用的厚度相同。SnPb實(shí)驗(yàn)中使用的4個(gè)不同尺寸的治具口徑和相應(yīng)的元件，如圖表7所示。對(duì)4個(gè)治具設(shè)計(jì)的每一個(gè)設(shè)計(jì)重復(fù)組裝3次.

表7. SnPb實(shí)驗(yàn)中治具口徑尺寸

結(jié)果與分析
DIMM連接器的分析：無(wú)鉛焊料

運(yùn)用一般線(xiàn)性模型分析DIMM連接器，涉及兩個(gè)因素，治具口徑尺寸和元件參考標(biāo)志。每個(gè)參考標(biāo)志都認(rèn)為是獨(dú)立的，因?yàn)槊總€(gè)標(biāo)志都有一套不同的屬性，包括連接接地Pin腳的接地層數(shù)，波峰焊方向，板前端裝載的位置。運(yùn)用銅孔透錫不合格率分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，透錫率低于40％，認(rèn)為接地Pin腳不合格，透錫率低于75％，認(rèn)為信號(hào)Pin腳不合格。該模型的方差分析結(jié)果如圖9所示。假定值小于0.05表明該因素統(tǒng)計(jì)結(jié)果可信度在95％。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，治具口徑和元件屬性都對(duì)銅孔透錫不合格率有明顯影響。

圖9 方差分析結(jié)果

分析結(jié)果（圖10）表明，不同的治具口徑對(duì)銅孔透錫不合格率的影響有明顯差異。zui小的治具口徑為1.27mm（0.050”），目前為止，此口徑下的銅孔透錫不合格率zui高。隨著口徑尺寸不斷增加，銅孔透錫不合格率在一直減少，直到zui大治具口徑增加到7.62mm（0.300”）為止。在zui大治具口徑中（7.62 mm 到 10.16 mm），銅孔透錫不合格率幾乎沒(méi)有差別。

主部件效果圖（圖10）顯示，在DIMM中，D1不合格率zui低。這歸因于在當(dāng)前元件位置上良好的因素組合：與波峰焊方向垂直，每個(gè)接地Pin腳所連接的平面層zui少（只有四個(gè)平面層）。這些因素被證明有利于提高銅孔透錫合格率。D1和D4顯示的不合格率差別小，但意義重大。DIMM中，D1和D4都與波峰焊方向垂直，能夠同時(shí)接觸到波峰。因此，它們之間的差異在于連接接地層數(shù)量：D1連接四個(gè)平面層，D4連接六個(gè)平面層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之間的測(cè)試一致。

圖10 治具口徑和DIMM元件屬性對(duì)銅孔圖11 治具口徑和DIMM元件相互作用
不合格率的影響

圖12 DIMM設(shè)計(jì)和電路板傳送方向

目前，D5在DIMM中的銅孔透錫不合格率zui高。它與波峰焊方向平行，位于板子前端，也是在DIMM中*個(gè)接觸波峰焊的。D5和D6比較結(jié)果顯示，從前一個(gè)元件到后一個(gè)相鄰元件的熱傳遞是有利影響。D5和D6都與波峰焊平行，每個(gè)接地Pin腳連接的平面層都相同（六層）。兩者*區(qū)別是板子上位置不同，也就是接觸波峰焊順序不同。

實(shí)驗(yàn)中一項(xiàng)有趣的觀察是比較D4和D6實(shí)驗(yàn)結(jié)果，它們連接的平面層數(shù)量相同（六層）。與平行于波峰焊方向的D6相比，垂直于波峰焊方向的D4表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，這兩組測(cè)試所顯示出的銅孔透錫不合格率沒(méi)有太大差別。因?yàn)橥ㄟ^(guò)焊料流到D5（*個(gè)接觸波峰焊）銅孔，熱量轉(zhuǎn)移到內(nèi)部平面層，D6可以在此過(guò)程中大大受益。從D5的熱量轉(zhuǎn)移使D6大大受益，足以抵消其平行于波峰焊方向所帶來(lái)的不利影響.

從圖11和13可以看出，增加治具口徑可以減少元件間差異。使用較大的治具口徑雖然不能*消除由于方向，平面層數(shù)量和在板子上的位置給D5帶來(lái)的不利影響，但這種影響可以大大較少。使用zui大的治具口徑，D1和D4之間不合格率的差別就變得微乎其微。由此證明，在一定程度上，額外增加的接地層數(shù)所帶來(lái)的不利影響可以通過(guò)使用較大治具口徑來(lái)抵消。
圖13 DIMM在不同治具口徑間的不合格率（無(wú)鉛）

圖14顯示治具口徑，元件和連接類(lèi)型（信號(hào)或接地）之間相互關(guān)系。圖中可以看出，接地Pin腳對(duì)治具口徑非常敏感，口徑越大，銅孔透錫合格率越高。而對(duì)于信號(hào)Pin腳來(lái)說(shuō)，治具口徑對(duì)銅孔透錫合格率沒(méi)有影響，即使非常小的治具口徑也能達(dá)到很高的合格率。

圖14 無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中，治具口徑，元件和DIMM連接器接地Pin腳之間相互關(guān)系

DIMM連接器分析：無(wú)鉛焊料及治具口徑

對(duì)于裝有治具的電路板來(lái)說(shuō)，裝有開(kāi)放式治具的電路板狀況*。但對(duì)多數(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，使用開(kāi)放式治具一般不可行。圖15顯示的是DPMO 10.16mm（0.400”）的DIMM連接器治具口徑和開(kāi)放式治具。與圖11顯示的趨勢(shì)一致，DIMMD5顯示使用開(kāi)放式治具，不合格率明顯降低。盡管其它DIMM也顯示不合格率有所下降，但較大治具孔和開(kāi)放式治具對(duì)不合格率影響的差別不大。這些結(jié)果顯示，使用開(kāi)放式治具可以減輕由于D5裝在板的前端，并與波峰焊方向平行而對(duì)其帶來(lái)的負(fù)面影響。通過(guò)研究DIMM上D5的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)治具口徑越大，不合格率越低。DIMM上具*條件的D1和D4，其治具口徑的大小對(duì)合格率幾乎沒(méi)有影響。

即使使用開(kāi)放式治具，DIMM作為一個(gè)小組，其不合格率仍相對(duì)較高。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)其它方面做出改善來(lái)達(dá)到可接受的組裝產(chǎn)率。在DIMM實(shí)例中，由于Pin腳間距離很近，增加Pin腳和銅孔的比例常常受限。然而，可以考慮通過(guò)減少平面層的數(shù)量并確保和波峰焊方向一致來(lái)進(jìn)行改善。

圖15 無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中，DIMM DPMO開(kāi)放式治具和10.16mm （400 mils）治具

DIMM連接器分析：SnPb焊料

圖16所示的是配有4個(gè)治具口徑的4個(gè)DIMM連接器中每個(gè)Pin腳銅孔透錫率。據(jù)觀察，通常情況下，四個(gè)元件無(wú)論備有哪種治具口徑，銅孔透錫性和dispersion都是相似的。圖17顯示，使用較大治具口徑，不合格率會(huì)下降。然而，不同治具口徑之間不合格率卻沒(méi)有太大差別。同時(shí)，圖17表明四個(gè)DIMM元件間不合格數(shù)量也沒(méi)有太大差別。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與使用無(wú)鉛焊料實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大差別。此結(jié)果與之前的研究相一致：在波峰焊中，與SnPb焊料相比，無(wú)鉛焊料對(duì)設(shè)計(jì)變量更敏感。為了在無(wú)鉛焊接中達(dá)到滿(mǎn)意的組裝結(jié)果，必須更加重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

圖16 SnPb實(shí)驗(yàn)中， DIMM連接器銅孔透錫性結(jié)果圖17 治具口徑和DIMM連接器對(duì)銅孔透錫率的影響

電容分析：無(wú)鉛焊料

圖18所示，在實(shí)驗(yàn)所研究的尺寸范圍內(nèi)，治具口徑越大，不合格率越低。主部件參考標(biāo)志效果圖強(qiáng)調(diào)電容參考標(biāo)志平均不合格率差別較大。如圖19所示，從治具口徑和參考標(biāo)志相互關(guān)系可以看出，只有部分電容器會(huì)隨著治具口徑的增加而受益，受益的程度也會(huì)根據(jù)元件的位置有所不同。

圖18 電容器，治具口徑和元件對(duì)銅孔透錫合格率的影響圖19 電容器和治具口徑相互關(guān)系

圖20 電容器設(shè)計(jì)和電路板傳送方向

6.5mm的電解電容（E-caps）有10個(gè)平面層和接地Pin腳（C3和C7）相連，在研究范圍內(nèi)增加治具口徑，對(duì)合格率沒(méi)有影響。12.5mm的電解電容有6個(gè)或4個(gè)平面層和接地Pin腳（C19和C20）相連，在研究范圍內(nèi)，增加治具口徑，合格率有顯著提高。gold 電解電容有4個(gè)或6個(gè)平面層和接地Pin腳（G1和G2）相連，使用研究范圍內(nèi)的治具口徑，不合格率為零。gold 電解電容的G1和G2都使用zui小的治具口徑，兩者合格率沒(méi)有區(qū)別，都能達(dá)到*結(jié)果：G1（連接4個(gè)平面層）為3.81mm （0.150”）, G2 （連接6個(gè)平面層）7.62 mm （0.300”）。

zui近調(diào)查顯示，接地?cái)?shù)量越多，Pin腳和銅孔之間距離越小，銅孔透錫性就越差。據(jù)觀察，對(duì)PTH電解電容來(lái)說(shuō)，要想在無(wú)鉛條件下提高銅孔透錫性，就要加大Pin腳和銅孔之間的距離。

目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了平面層數(shù)量對(duì)無(wú)鉛波峰焊較厚的PCB板有重要影響。如果設(shè)計(jì)要求允許，減少平面層數(shù)量可以提高PTH電解電容無(wú)鉛波峰焊產(chǎn)量。對(duì)于數(shù)量中等的平面層（四到六層），增加治具口徑尺寸可以提高組裝產(chǎn)量。對(duì)于數(shù)量較多的平面層（十層），只增加治具口徑尺寸，產(chǎn)量沒(méi)有顯著提高。

電容器分析：無(wú)鉛焊料和開(kāi)放式治具

圖21顯示電解電容C19，C20，C3，C7每塊電路板不合格率。Gold電解電容的G1和G2使用實(shí)驗(yàn)中zui大治具口徑，不合格率為零，因此，即使G1和G2使用開(kāi)放式治具，也不會(huì)有額外提高。使用開(kāi)放式治具，C19和C20不合格率降到零。這說(shuō)明，如果治具口徑比實(shí)驗(yàn)中使用的治具口徑大，可以在降低不合格率方面增加額外優(yōu)勢(shì)。此結(jié)果支持圖19所示的曲線(xiàn)圖。相比之下，使用開(kāi)放式治具，C3和C7不合格率仍然較高。這說(shuō)明，盡管增加治具口徑大小可以為這些零件提供一些改善，但為了達(dá)到滿(mǎn)意的結(jié)果，還需在其它方面做出進(jìn)一步改善，例如擴(kuò)大Pin腳到銅孔距離，減少平面層數(shù)量等。

圖21 載有10.16mm治具口徑和開(kāi)放式無(wú)鉛治具電路板C19, C20, C3，C7不合格率

電容器分析：SnPb焊料

電容器SnPb組裝主效果分析（圖22）表明，治具之間存在明顯差異，尺寸為3.81mm （0.150”）和 5.08 mm （0.200”）的治具口徑產(chǎn)生的不合格率zui低。從主效果分析圖上可以看出，只有C3和C7存在不合格率。無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接地平面層（10層）越多，Pin腳和銅孔距離越小，元件上的不合格率越高。

和無(wú)鉛組裝不同，C3和C7受益于較大的治具口徑，如圖23所示。實(shí)驗(yàn)中，其它電容器即使使用zui小的治具口徑（1.27mm）不合格率也能為零。此結(jié)果與已證實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致：無(wú)鉛波峰焊比SnPb波峰焊面臨更多挑戰(zhàn)，需要更嚴(yán)格的DFM指導(dǎo)方針以達(dá)到滿(mǎn)意的裝配收益。

圖22 PTH電容器治具口徑和元件對(duì)銅孔透錫率的影響圖23 治具口徑和PTH電容器相互關(guān)系

PCI連接器分析：無(wú)鉛焊料

PCI連接器P2使用六個(gè)不同尺寸的銅孔（見(jiàn)圖24）。如圖3所示，該元件與波峰焊方向平行。

圖24 PCI （P2）連接器 FHS

圖25顯示治具口徑和P2銅孔尺寸的相互關(guān)系。FHS越小，與治具口徑尺寸的相互作用越強(qiáng)。比如尺寸為0.58 mm （0.023”）, 0.71 mm （0.028”）和0.84 mm （0.033”）的FHS。同時(shí)，圖25顯示尺寸范圍在1.17 mm 到 3.81 mm （0.050” 到 0.150”）的治具口徑表現(xiàn)出非常高的DPMO水平。范圍在1.09 mm （0.043”）到 1.22 mm （0.048”）之間較大的FHS，DPMO水平相同，此時(shí)治具口徑對(duì)它們沒(méi)有影響。

為了更好說(shuō)明較大治具口徑的FHS差異，圖26所示的是尺寸為5.08 mm （0.200”）以上的治具口徑表現(xiàn)出的DPMO水平。在這些條件下，中等范圍的FHS（0.84 mm ，0.033”）表現(xiàn)出的DPMO水平*，其次是尺寸為0.97 mm （0.038”）的FHS。

圖25 無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)HS和P2治具口徑的相互關(guān)系圖26 無(wú)鉛實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)HS和P2治具口徑的相互關(guān)系

PCI連接器分析：無(wú)鉛焊料和開(kāi)放式治具

圖27所示的是PCI連接器P2的DPMO水平。使用開(kāi)放式治具，0.73 mm （0.028”）以上的FHS產(chǎn)生的不合格率為零。這說(shuō)明，如果治具口徑比實(shí)驗(yàn)中使用的治具口徑大，可以在降低不合格率方面增加額外優(yōu)勢(shì)。

圖27 使用開(kāi)放式治具P2的DPMO水平

PCI連接器分析：SnPb焊料

裝有SnPb焊料的PCI連接器分析如下圖28所示。只有尺寸為0.71 mm （0.028”）和0.97 mm （0.038”）的FHS產(chǎn)生不合格率。不合格的Pin腳位于連接器末端。

圖28 使用SnPb焊料P2的DPMO水平

接頭，D型連接器，直流/直流轉(zhuǎn)換器，電源接口分析：無(wú)鉛焊料

如圖29所示，接頭連接器H2和H4不合格率差別很小。7.62 mm （0.300”）以上的治具口徑不合格率降到可接受的水平。兩個(gè)接頭都與波峰焊垂直，并同時(shí)接觸到波峰。兩者間的差異在于連接接地層數(shù)量不同：H2連接四個(gè)平面層，H4連接六個(gè)平面層。對(duì)于此款接頭類(lèi)型，增加兩個(gè)額外的接地層對(duì)合格率沒(méi)有影響。

對(duì)于D型連接器J4來(lái)說(shuō)，使用2.54 mm （0.100”）以上的治具口徑可以達(dá)到*效果。對(duì)于連接四個(gè)接地層的直流/直流轉(zhuǎn)換器PM1來(lái)說(shuō)，5.08mm （0.200”）以上的治具口徑可以達(dá)到*效果。

圖29 H2, H4, J1, J4, PM1不合格率

對(duì)于電源接口J1來(lái)說(shuō)，通過(guò)增加治具口徑的尺寸，可以降低不合格率。然而，即使使用zui大的治具口徑，不合格率仍非常高。造成如此高的不合格率可能是因?yàn)镻in腳和銅孔之間距離太小（0.13mm），而且連接到接地Pin腳的平面層有十層。使用開(kāi)放式治具，J1不合格率降到零。這說(shuō)明，如果治具口徑比實(shí)驗(yàn)中使用的治具口徑大，可以在降低不合格率方面增加額外優(yōu)勢(shì)。

接頭，D型連接器，直流/直流轉(zhuǎn)換器，電源接口分析：SnPb焊料

對(duì)于接頭連接器（H2 和 H4），D型連接器（J4）, 直流/直流轉(zhuǎn)換器（PM1）和電源接口（J1）來(lái)說(shuō)，由于不合格率很低，因此使用SnPb焊料幾乎沒(méi)有影響。

結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了前面的結(jié)論：選擇性波峰焊無(wú)鉛焊料不及SnPb焊料可靠。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，無(wú)鉛焊料對(duì)變量更加敏感。因此，為了在較厚且散熱困難的PCB上實(shí)現(xiàn)令人滿(mǎn)意的結(jié)果，必須更加重視產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如，平面連接組件的方向，平面層數(shù)量，PTH銅孔尺寸和PTH Pin腳周?chē)腟MT keepouts。

對(duì)于在較厚且復(fù)雜的電路板上使用無(wú)鉛焊料治具口徑的重要發(fā)現(xiàn)

一般來(lái)說(shuō)，增加PTH Pin腳周?chē)尉呖趶匠叽鐚?duì)降低不合格率很有幫助。通過(guò)增加治具口徑所得的受益程度很大一方面依賴(lài)于其它條件。例如，依賴(lài)于元件類(lèi)型，Pin腳和銅孔比例，元件方向和平面層數(shù)量。對(duì)多數(shù)元件來(lái)說(shuō)，7.62 mm （0.300”）的治具口徑能夠取得滿(mǎn)意的組裝結(jié)果。同時(shí)，也要遵循DFM指南所列舉的其它重要因素。例如，平面層數(shù)量，Pin腳和銅孔比例，熱風(fēng)焊盤(pán)的使用等。電容器可能需要更大的治具口徑才能達(dá)到滿(mǎn)意的結(jié)果。

如不遵循DFM指南所列舉的其它重要因素，例如不遵循推薦的平面層數(shù)量及Pin腳和銅孔的比例，只增加治具口徑尺寸，將不足以抵消負(fù)面影響并達(dá)到滿(mǎn)意的結(jié)果。這對(duì)于散熱困難的元件，如電容器影響特別明顯。因此，要想通過(guò)加大治具口徑達(dá)到zui滿(mǎn)意的效果，應(yīng)當(dāng)注重其它因素，如減少平面層數(shù)量等。

除治具口徑外，一些有趣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

至少在一定條件下，從前一個(gè)元件到后一個(gè)相鄰元件的熱傳遞對(duì)后一個(gè)元件是非常有利的。需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，以便更好理解此現(xiàn)象并有效地應(yīng)用在電路板設(shè)計(jì)中。對(duì)于使用較大治具口徑的PCI連接器來(lái)說(shuō)，使用研究范圍內(nèi)中等尺寸的銅孔能夠達(dá)到*結(jié)果。出現(xiàn)這種情況的原因尚不明確，因此，需要進(jìn)一步研究，以便更好理解為什么較大銅孔比中等銅孔產(chǎn)生的不合格率高。

相關(guān)產(chǎn)品

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無(wú)鉛選擇性波峰焊對(duì)散熱困難的PCB板指導(dǎo)方針

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