激光焊錫工藝對PCBA的設計方向的思考

PCBA，全名Printed Circuit Board Assembly，是電子領域中一個至關重要的概念，代表了印刷電路板組裝，是現代電子設備制造中不可或缺的環節。在PCBA制造過程中，需要考慮許多因素來確保可制造性，這些因素包括設計規范、制造流程、質量檢測以及環境要求等。

電子生產制造的廠家都是清楚，前期設計模型決定后期產品的質量。將激光焊錫工藝方法與PCBA的可制造性相結合的“一體化”理念，為高質量制造提供了先決條件和固有的工藝能力。

PCBA的可制造性設計決定了PCBA的焊接直通率水平，其對焊接良率的影響是先天的，很難通過現場工藝的優化來補償。

可制造性設計決定了生產效率和生產成本。如果PCBA的工藝設計不合理，可能需要額外的試制時間和工裝。如果解決不了，就必須要返修。這些都降低了生產效率，增加了成本。

一、PCBA的可制造性設計

印刷電路板組件(PCBA)是指安裝有電子元件，具有一定電路功能的印刷電路裝配件，如圖所示，在電子制造工廠也叫單板。

首先，設計規范是確保PCBA可制造性的基礎。這包括PCB的設計規則，如線寬、線距、孔徑、焊盤尺寸等，以確保設計能夠滿足生產要求。

PCBA的可制造性設計主要解決可組裝性問題，旨在實現最短的工藝路徑、最高的焊接直通率和最低的生產成本。設計內容主要包括:工藝路徑設計、裝配面部件布局設計、焊盤和阻焊設計(與直通率相關)、組裝熱設計，組裝可靠性設計等。

1、PCBA的可制造性

PCB的可制造性設計側重于“可制造性”，包括板材選擇、壓合結構、孔環設計、阻焊設計、表面處理和拼板設計。這些設計都與PCB的加工能力有關。由于加工方法和能力的限制，PCB的加工能力必須滿足設計的最小線寬和線距、最小孔徑、最小焊盤環寬和最小阻焊間隙，設計的疊層和壓合結構必須滿足PCB的加工工藝。因此，PCB的可制造性設計側重于滿足PCB工廠的技術能力，了解PCB的生產方法、工藝和工藝。

2、PCBA的可組裝性

PCBA的可組裝設計側重于“可組裝性”，即建立穩定堅固的工藝性，實現高質量、高效率、低成本的焊接。設計內容包括包裝選擇、焊盤設計和組裝方法(或工藝路徑設計)、部件布局、鋼網設計等。所有這些設計要求都集中在更高的焊接良率、更高的制造效率和更低的制造成本上。

二、激光錫焊工藝

激光錫焊技術是用精確聚焦的激光束光點照射焊盤區域。吸收激光能量后，焊接區域迅速升溫熔化焊料，然后停止激光照射冷卻焊接區域，使焊料凝固，形成焊點。由于只局部加熱焊接區域，整個部件的其他部分幾乎不受加熱的影響，激光照射時間通常只有幾百毫秒。非接觸焊接對焊盤沒有機械應力影響，空間利用率較高。

激光錫焊的適用場合是選擇性回流焊接工藝或使用錫絲連接器。如果是SMD元件，需要先涂抹錫膏，再焊接。焊接過程分為兩個步驟:首先，錫膏需要加熱，焊點也需要預熱。之后，焊接中使用的錫膏被完全熔化，焊接完全潤濕了焊盤，最終形成了焊接。激光發生器和光學聚焦元件用于焊接，能量密度高，傳熱效率高。非接觸焊接，焊料可以是錫膏或錫線，特別適合焊接狹小空間內的焊點或小焊點，功率小，節能。

奧萊光電恒溫激光錫焊系統能提供連續的976nm紅外激光輸出。該產品CCD同軸定位系統以及連續半導體激光器所構成，能夠導入多種格式文件，從而達到精確焊接的目的，并由于該系統所具備的溫度反饋和CCD同軸對位功能，能夠有效的保證焊接點的恒溫焊接及精密部件的精準對位，從而保證量產中的有效良率。該系統主要適用于PCB板點焊，焊錫，金屬、非金屬材料焊接，燒結，加熱等，具有對焊接對象的溫度進行實時高精度控制等特點，尤其適用于對于高度敏感的高精度焊錫加工。

三、激光焊接對PCBA的設計要求

1.焊盤設計：激光焊接要求焊盤長度比貼片元件大，以便元件貼好后能露出焊盤，從而避免在焊接過程中發生位移。焊盤與引腳結構的設計直接決定了焊點的形貌和吸附熔融焊料的能力，因此必須合理設計以確保焊接質量。

2.元件布局與連接：在PCBA設計中，應合理布局各個電子元件的位置，盡量縮短元器件之間的連接距離，以減少信號傳輸的衰減和噪音干擾。這對于激光焊接尤為重要，因為短距離的連接可以減少焊接過程中的熱影響區域，降低焊接變形和潛在的熱應力問題。

3.阻焊與鋼網匹配：提升焊接直通率的關鍵在于焊盤、阻焊和鋼網的匹配設計。這些元素的精確匹配可以確保焊接過程中熔融焊料的均勻分布和良好潤濕，從而提高焊接質量和可靠性。

4.散熱設計：激光焊接雖然熱輸入低，但焊接過程中仍會產生一定的熱量。因此，對于功耗較大的元器件，應采取散熱措施，如設置散熱表面、散熱片和風扇等，以確保元器件工作溫度在可接受范圍內，防止因過熱而影響焊接質量或元件性能。

5.信號完整性：在PCBA設計中，需要避免信號串擾和互相干擾，這可以通過阻抗匹配、布線分隔、地線設計等手段來實現。激光焊接作為一種局部加熱的焊接方式，對信號完整性的影響相對較小，但仍需在設計時予以考慮。

6.測試與檢驗：進行全面的功能測試和質量檢驗是確保PCBA設計滿足激光焊接要求的重要步驟。這包括對焊接質量的檢查、信號完整性的測試以及整體性能的評估等。

綜上所述，激光焊接對PCBA的設計要求涉及焊盤設計、元件布局與連接、阻焊與鋼網匹配、散熱設計、信號完整性以及測試與檢驗等多個方面。這些要求旨在確保PCBA在激光焊接過程中能夠獲得高質量、高可靠性的焊接結果。