高密度 PCB 的加工解决方案

设计人员必须考虑每个组件的处理温度、可生产性和焊点完整性以及更高的 I/O 连接器。本文着眼于为高密度 PCB 实现更小组件封装的方法。

随着电子设备变得越来越小和越来越快，必须首先开发支持组件以实现更小的占地面积。增加密度和减小尺寸可以减少制造商出错的空间，必须开发更好的处理方法。

在印刷电路板组件上处理更高密度的连接器会产生必须解决的复杂问题。设计人员必须考虑每个组件的加工温度、可生产性和焊点完整性。密度的增加是由于曾经被低得多的 I/O 连接器占用的空间需要更高的 I/O 连接器。

传统的通孔或表面贴装连接器已经达到了可有效用于这些应用的信号数量（每平方英寸的引脚数）的限制。这是连接器制造商考虑使用 BGA、焊料压接和焊料电荷设计来减少组件占用空间的地方。

可焊性

对于双排连接器，可焊性问题通常很容易解决。更不用说，如果出现问题，则可以通过使用简单的烙铁纠正焊点进行返工来解决。然而，在多排连接器上，这个过程变得更加复杂，第一次正确处理连接器变得越来越重要。

可能导致焊点不良的一些常见问题是：

• 焊膏量
• 模板尺寸
• 不正确的焊锡炉温度曲线
• PCB 平整度

对于上面列出的问题，没有一种万能的解决方案，因为每个制造设置都是独一无二的。必须考虑的一些差异是所使用的设备、焊膏（品牌和化学成分）和应用（电路板设计、元件密度等）。

满足高密度 I/O 需求的连接器解决方案

连接器制造商用于高密度应用的解决方案之一是 BGA 设置。 BGA 应用使用连接到元件引线的球形焊球，以便在不使用重焊膏的情况下提供更多焊料。

Samtec 的 SEARAY™ 高密度开放式引脚场阵列上的焊料电荷是与 BGA 类似的解决方案，但提供了更好的连接器边缘接合到 PCB 焊盘。

图 1. BGA 上的焊球与 Samtec 的 SEAF8 / SEAM8 上的焊料电荷

SEARAY™ 0.8 毫米（SEAF8 / SEAM8 系列）上焊料电荷的另一个独特区别是 0.80 毫米和 1.20 毫米的交替间距。此设计可为电路板设计人员提供行之间额外的走线布线。

图 2. SEAF8 / SEAM8 的交替音高

在加工过程中获得更好焊点的关键

通常，最好遵循制造商的加工指南，以最大程度地将零件焊接到 PCB 上。一些制造商会提供 PCB 封装、模板布局和厚度、焊锡丝网印刷工艺、元件放置、正确的烤箱配置，甚至返工注意事项。

足迹和模板

连接器制造商通常会为 PCB 设计人员提供下载 PCB 封装以及模板布局和厚度的能力。 Samtec 提供超过 200,000 个符号和封装，可在 Altium、Circuit Studio、Eagle、Fusion 360 等流行 EDA 工具中下载。

图 3。 SEAF8 PCB 占用空间

通过利用所提供的占位面积和模板布局，PCB 设计人员更有可能获得正确的焊点。

焊锡丝印工艺

焊盘覆盖对于正确的焊点至关重要，焊盘应该被完全覆盖。为此，模板中的孔径尺寸有意大于 PCB 上的焊盘。这是为了确保 SEAF8（或连接器）上的焊料与焊膏接触，如图 4 所示。

图 4。 焊料位置相对于焊料印刷，焊膏和焊料接触良好。

如果焊膏没有正确覆盖焊料，则无法实现适当的润湿。自动检查用于确保 PCB 上的焊料覆盖正确。建议将任何未完全覆盖的焊盘组件拒收、清洁并重新打印。

放置组件

自动拾取和放置设备将确保组件的正确放置。为了正确润湿焊料，重要的是 Z 轴尺寸将使焊料电荷完全固定在 PCB 表面上。

当焊料在烘箱中回流时，连接器的重量会导致连接器在加工后落在电路板上或靠近电路板。这种现象有助于减少连接器中的任何共面性，如下面的图 5 和图 6 所示。

图 5。 SEAF8 绝缘子外壳在加工前完全就位。

图 6. SEAF8 绝缘子外壳在回流后完全就位。

适当的烤箱分析

此时，大多数表面贴装元件应该能够处理 IPC/JEDEC J-STD-020 中所述的无铅回流焊曲线。该规范要求组件必须能够承受 260°C 的峰值温度以及 255°C 以上 30 秒。

图 7。 Samtec 推荐的温度曲线范围 (SMT)

在回流过程中，通常通过注入氮气实现的低水平氧气环境将有助于增加焊接表面的润湿性。对于类似于 SEAF8/SEAM8 的高密度连接器，建议仅在富氮环境中完成焊接处理。

正确分析完全填充的 PCB 组件至关重要。形成焊点的回流工艺通常会被忽视，但确保正确形成焊点至关重要。

为确保焊料达到所需温度，建议将热电偶穿过电路板背面放入连接器的中心并放置在外边缘。这将确保达到焊膏制造商的回流曲线参数。

图 8。 用于烤箱配置文件的热电偶放置。

正确处理越来越重要

虽然任何过程都不能没有缺陷，但使用适当的处理设置将消除返工、报废和降低利润的需要。随着电子产品变得越来越小，其组件越来越密集，这种重要性将继续增加。这就是 Samtec 为其所有连接器系列提供封装和模板布局的原因，并提供有关如何正确处理其更复杂产品系列的信息。

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