汽车电子行业基于电路模块的SMT焊接可靠性研究

电子产品的微型化趋势导致产品结构复杂，促进了多芯片模块的普及。核心模组的出现是SMT面临的新挑战。但由于基板规模大、热学原理等原因，在新产品加载过程中会出现虚焊、连续锡电沉积等问题。

电路模块SMT焊接可靠性研究

虚焊是指焊件表面未完全镀上锡层，未用锡固定，元件焊接面与PAD之间不产生金属合金，压力可能使元件松动而损坏焊点最小高度小于焊点最小高度与可焊高度之和的25%。

造成虚焊的常见原因包括锡膏质量差、助焊剂成分、元件引脚氧化层、PAD表面光洁度差、焊接参数设置和回流焊不稳定等。

• 问题原因分析

一个。核心模组基板分析

指示PCB基板材料性能的主要参数包括Tg（玻璃化转变温度）、CTE（热膨胀系数）和Td（脱层温度）。

在早期开发中，采用FR-4 Tg150（材料>145）作为核心模块基板材料，并在基板底面覆盖相对较厚的阻焊膜。在回流焊过程中，由于Tg低，会产生轻微的屈曲变形，导致二次回流焊的焊接可靠性随着虚焊的出现而降低。

湾。锡膏用量分析

按照正常工艺要求，stencil的厚度应为0.13mm，印刷后核心模块中焊盘锡膏的厚度也应为0.13mm。由于核心模块在焊接过程中会出现变形、虚焊、焊接可靠性低等问题，产品可能会面临质量风险。

• 改进实验

一个。基板材料与实验设计

基板材料是影响产品可靠性的最重要因素之一。早期产品采用成本相对较低的FR-4 Tg150（材质>145）。在实验的早期开发中，FR-4 Tg170（材料>175）由于具有较高的可靠性被用作FR-4 Tg150（材料>145）的替代品。

对基板底部阻焊层进行重新设计，减少阻焊层厚度，提高阻焊层材料质量，保证阻焊层质量，不影响二次回流焊接的可靠性。

湾。钢网开孔实验设计

在钢网设计的早期，钢网的厚度设计为0.13mm，因为QFP元件在PCB上的引脚间距为0.5mm。在第一道制造过程中，将锡膏厚度为0.13mm的核心模块进行虚焊，在此基础上将模板厚度增加到普通模板设计的最小厚度0.15mm。在这种情况下，模板孔与外扩孔的比例为1：1.2，质量差远未改善。在这种情况下，实验中只能使用特殊的级联钢网，钢网厚度由原来的0.15mm提高到0.3mm，保证模块贴装焊盘的锡膏印刷量。

级联钢网应用时采用不同的实验方案，比较合理的方案如下：
方案A中，模块总面积增加0.3mm，小尺度面厚度不变.
方案B中，需要增加厚度的面积比方案A小4mm，在焊盘孔厚度不变的情况下，厚度增加了0.3mm。

经过A、B方案的试制和比较，在电阻包位置进行连续锡电沉积，由此可以得出方案B更好的结论。

C。制造工艺改进实验

进入回流炉前，必须先完成点胶任务，并在凝胶凝固收缩的作用下，利用电路模组固定功能进行定位，有效减少模组基板在焊接时的变形和位移。

• 实验结果

通过钢网设计改进、PCB材料的重新选择和定位以及制造工艺的改进等一系列改进措施，在焊接过程中，核心模块中的锡膏量和锡的爬升高度达到了IPC标准。核心模组制程不良率由686PPM大幅降低至23PPM，确保产品的可靠性。下表中的数据最能说明结果。

结论

核心模块的应用能够加速汽车电子产品的研发和升级进程。在新产品阶段，可以进行移植，从而降低开发成本和复杂度。但由于核心模组规模大，制造工艺要求高，在试产初期就出现了不好的问题，可能导致其可靠性下降，模组无法更好地应用。

核心模块属于PCB，要经过高温回流、入库，再经过高温回流，PCB变形、虚焊、连续锡电沉积等一系列工序。这些核心模组的问题已经通过产品的试验和试产成功解决，为核心模组的应用提供了更多的机会，也将加速汽车电子产品的模组应用进程。

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