Лучшие практики для проектирования Pcbs, совместимых с процессами без свинца

Руководящие принципы проектирования Pad and Trace

Pad Geometry и маска-солдер

Без свинца припои демонстрируют более бедную смачивание и распространение по сравнению с свинцовыми сплавами. Поэтому размеры подкладки должны быть тщательно рассчитаны для обеспечения достаточного объема припоя, предотвращая мостик. Увеличить диаметры подкладки на 10-15% для компонентов поверхностного монтажа, чтобы компенсировать снижение смачивания. Для свинцовых устройств используйте несоленые маски, определенные (NSMD) на внешних слоях, потому что они обеспечивают более равномерное распределение напряжений и позволяют лучше формировать филе припоя.

Отверстия маски солдера должны быть плотно закрыты вокруг прокладок, чтобы избежать наложения или обрушения маски на медь. Поддерживайте зазор маски солдера не менее 75 мкм (3 мили) для стандартных конструкций и 100 мкм (4 мили) для тонкодисперсных компонентов. Для компонентов с нижним концом, таких как QFN, рассмотрите возможность использования конструкции с внутренней прокладкой с надлежащей начинкой и заклеиванием, чтобы предотвратить фиксацию припоя.

Следы широт и тепловых рельефов

Более широкие следы помогают распределять тепло от припоевых соединений во время оттока, снижая риск возникновения горячих точек. Для электрических сетей используйте ширину трассы, которая может обрабатывать по меньшей мере в 1,5 раза ожидаемый ток при температурах до 30 °C выше окружающей среды. Для сигнальных следов сохраняйте ширину до 0,15 мм (6 мил) для предотвращения чрезмерного сопротивления при повышенной температуре.

Тепловые рельефы необходимы для прокладок, соединенных с большими медными плоскостями. Типичная конструкция без свинца использует четыре спицы шириной 10-15 мил каждый. Спицевой угол должен обеспечивать достаточно медной для проведения тепла во время пайки, но достаточно узкий, чтобы прокладка быстро достигала температуры пайки. Избегайте использования твердого соединения с плоскостью, так как это может действовать как радиатор тепла и вызывать холодные соединения.

Via и Plated Through-Hole

Жидкости, которые подвергаются без свинца оттоку, должны иметь прочную бочку. Толщина меди в бочках должна составлять минимум 25 мкм (1 мил) для выдерживания теплового напряжения. Для микровиас (лазерно-буреных) поддерживать соотношение сторон 1:1 или ниже, чтобы обеспечить надежное заполнение меди. Заполненные и заколоченные супы под прокладками BGA улучшают теплопередачу и предотвращают пустоты припоя; рассмотрите проводящие или непроводящие через заливные материалы на основе текущих требований.

Компонентное размещение для термического управления

Упорядочение компонентов на плате для минимизации тепловых градиентов и защиты чувствительных деталей имеет решающее значение. Размещайте чувствительные к теплу компоненты, такие как электролитические конденсаторы, соединители с пластиковыми корпусами и кристаллические осцилляторы, подальше от краев платы и вблизи путей охлаждения воздушного потока. По возможности ориентируйте большие компоненты параллельно направлению движения печи рефлекторного потока для уменьшения эффектов теней.

Тепловое тень возникает, когда высокие компоненты блокируют тепло от достижения более мелких компонентов позади них. Для смягчения этого, ошеломляющие высоты компонентов и избежать размещения очень высоких частей сразу выше по течению от небольших пассивных компонентов. Для многослойных плат, использовать внутренние медные плоскости в качестве распределителей тепла — прикрепить наземные плоскости к тепловым площадкам энергетических устройств с использованием нескольких тепловых сквозняков.

При размещении двусторонних плат учитывайте вес и размер компонентов на нижней стороне. Тяжелые компоненты могут отсоединяться во время второго оттока, если они не поддерживаются должным образом. Используйте клейкие точки или методы селективной пайки для деталей снизу через отверстие.

Оптимизация профиля и параметров процесса

Профили без свинца обычно требуют зоны замачивания между 150°C и 200°C в течение 60-90 секунд для активации потока и обеспечения равномерной температуры по всей доске. Скорость рампы во время зоны предварительного нагрева должна быть ограничена 1-3°C в секунду для предотвращения теплового шока. Время выше жидкого (TAL) должно быть от 30 до 90 секунд, с пиковой температурой 15-30°C выше точки жидкого.

Для волновой пайки через отверстия применяются те же принципы: предварительно подогреть сборку примерно до 100-120 °C, затем контактировать с свободной от свинца волной при 260-270 °C в течение 2-5 секунд. Используйте азотную атмосферу в волновом паяльнике для уменьшения окисления и улучшения смачивания. Волна пайки должна обеспечивать адекватную турбулентность для вытеснения остатков потока и обеспечения полного заполнения отверстия.

Очищение азотом в печах оттока также полезно: оно снижает поверхностное натяжение расплавленного припоя, приводя к лучшей смачиванию и меньшему количеству мостиков на тонком сливе компонентов.Однако азот добавляет себестоимость, поэтому его использование должно быть обосновано данными об улучшении урожайности.

Дизайн для проверки и переделки

Стыки без свинца могут быть труднее визуально проверять из-за их более тусклого внешнего вида по сравнению с свинцовым припоем. Автоматизированные оптические системы контроля (AOI) должны быть откалиброваны для обработки этого уменьшенного контраста. Кроме того, соединения без свинца с большей вероятностью будут демонстрировать микроскопические трещины, которые невидимы для оптического контроля; поэтому рентгеновский осмотр рекомендуется для пакетов BGA и QFN для обнаружения пустот и дефектов головки в подушке.

Для переделки требуются более высокие температуры для удаления и замены компонентов. Это увеличивает риск подъема подушки и повреждения ламината. Проектируйте доску с дополнительными медными якорями на больших подушках и избегайте размещения прокладок слишком близко к краю подушки. Обеспечьте зазор вокруг компонента, чтобы позволить переделывать инструменты и насадки сопла без повреждения соседних частей.