一、 緒論
1.1 本課題選題背景
隨著現代電子技術的飛速發展，pcba也向著高密度高可靠性方面發展。雖然現階段pcb和pcba製造工藝水平有很大的提公升，常規pcb阻焊工藝不會對產品可製造性造成致命的影響。但是對於器件引腳間距非常小的器件，由於pcb助焊焊盤設計和pcb阻焊焊盤設計不合理，將會提公升smt焊接工藝難度，增加pcba表面貼裝加工質量風險。鑑於這種pcb助焊和阻焊焊盤設計的不合理帶來的可製造性和可靠性隱患問題，結合pcb和pcba實際工藝水平，可通過器件封裝優化設計規避可製造性問題。優化設計主要從二方面著手，其一，pcb layout優化設計；其二，pcb工程優化設計。
1.2 pcb阻焊設計現狀
1）pcb layout設計
依據ipc 7351標準封裝庫並參考器件規格書推薦的焊盤尺寸進行封裝設計。為了快速設計，layout工程師優先按照推薦的焊盤尺寸上進行加大修正設計，pcb助焊焊盤設計長寬均加大0.1mm，阻焊焊盤也在助焊焊盤基礎上長寬各加大0.1mm。如圖一所示：
（圖一）
2）pcb工程設計
常規pcb阻焊工藝要求覆蓋助焊焊盤邊沿0.05mm，兩個助焊盤阻焊中間阻焊橋大於0.1mm，如圖二（2）所示。在pcb工程設計階段，當阻焊焊盤尺寸無法優化時且兩個焊盤中間阻焊橋小於0.1mm，pcb工程採用群焊盤式視窗設計處理。如圖二（3）所示：
（圖二）
二、pcb阻焊
2.1 pcb阻焊設計要求
1）pcb layout設計要求
當兩個助焊焊盤邊沿間距大於0.2mm以上的焊盤，按照常規焊盤對封裝進行設計；當兩個助焊焊盤邊沿間距小於0.2mm時，則需要進行dfm優化設計，dfm優化設計方法有助焊和阻焊焊盤尺寸優化。確保pcb製造時，阻焊工序的阻焊劑能夠形成最小阻焊橋隔離焊盤。如圖三所示：
（圖三）
2）pcb工程設計要求
當兩助焊焊盤邊沿間距大於0.2mm以上的焊盤，按照常規要求進行工程設計；當兩焊盤邊沿間距小於0.2mm，需要進行dfm設計，工程設計dfm方法有阻焊層設計優化和助焊層削銅處理；削銅尺寸務必參考器件規格書，削銅後的助焊層焊盤應在推薦焊盤設計的尺寸範圍內，且pcb阻焊設計應為單焊盤式視窗設計，即在焊盤之間可覆蓋阻焊橋。確保在pcba製造過程中，兩個焊盤中間有阻焊橋做隔離，規避焊接外觀質量問題及電氣效能可靠性問題發生。
2.2 pcba工藝能力要求
阻焊膜在焊接組裝過程中可以有效防止焊料橋連短接，對於高密度細間距引腳的pcb，如果引腳之間無阻焊橋做隔離，pcba加工廠無法保證產品的區域性焊接質量。針對高密度細間距引腳無阻焊做隔離的pcb，現pcba製造工廠處理方式是判定pcb來料不良，並不予上線生產。如客戶堅持要求上線，pcba製造工廠為了規避質量風險，不會保證產品的焊接質量，預知pcba工廠製造過程**現的焊接質量問題將協商處理。
三、可製造性設計案例分析
3.1 案例分析
1）器件規格書尺寸
如下圖四，器件引腳中心間距：0.65mm，引腳寬度：0.2~0.4mm，引腳長度：0.3~0.5mm。
（圖四）
2）pcb layout實際設計
如下圖五，助焊焊盤尺寸0.8*0.5mm，阻焊焊盤尺寸0.9*0.6mm，器件焊盤中心間距0.65mm，助焊邊沿間距0.15mm，阻焊邊沿間距0.05mm，單邊阻焊寬度增加0.05mm。
（圖五）
3）pcb工程設計要求
按照常規阻焊工程設計，單邊阻焊焊盤尺寸要求大於助焊焊盤尺寸0.05mm，否則會有阻焊劑覆蓋助焊層的風險。如上圖五，單邊阻焊寬度為0.05mm，滿足阻焊生產加工要求。但兩個阻焊盤邊沿間距只有0.05mm，不滿足最小阻焊橋工藝要求。工程設計直接把晶元整排引腳設計為群焊盤式視窗設計。如圖六所示：
（圖六）
4）實際焊接效果
按照工程設計要求後製板，並完成smt貼片。通過功能測試驗證，該晶元焊接不良率在50%以上；再次通過溫度迴圈實驗後，還可以篩選出5%以上不良率。首選對器件進行外觀分析（20倍放大鏡），發現晶元相鄰引腳之間有錫渣及焊接後的殘留物；其次對失效的產品進行分析，發現失效晶元引腳短路燒毀。如圖七所示：
（圖七）
3.2 優化方案
1）pcb layout設計優化
參考ipc 7351標準封裝庫，助焊焊盤設計為1.2mm*0.3mm，阻焊焊盤設計1.3*0.4mm，相鄰焊盤中心間距0.65mm保持不變。通過以上設計，單邊阻焊0.05mm的尺寸滿足pcb加工工藝要求，相鄰阻焊邊沿間距0.25mm尺寸滿足阻焊橋工藝，加大阻焊橋的冗餘設計可以大大降低焊接質量風險，從而提高產品的可靠性。
（圖八）
2）pcb工程設計優化
按照圖八對助焊焊盤寬度進行削銅處理，調整阻焊寬度焊盤大小。保證器件兩助焊焊盤邊沿間大於0.2mm，兩阻焊焊盤邊沿間大於0.1mm，助焊和阻焊焊盤長度保持不變。滿足pcb阻焊單焊盤式視窗設計的可製造性要求。
（圖九）
3.3 方案論證
1）設計驗證
針對上述所提的問題焊盤，通過以上方案優化焊盤和阻焊設計，相鄰焊盤邊沿間距大於0.2mm，阻焊焊盤邊沿間距大於0.1mm，該尺寸可滿足阻焊橋製程需求。如圖十所示：
（圖十）
2)測試良率對比
從pcb layout設計和pcb工程設計優化阻焊設計後，組織重新補投相同數量的pcb，並按照相同製程完成貼裝生產。產品各項引數對比如表一所示： 引數
優化前優化後
焊盤中心間距
0.65mm
0.65mm
焊盤邊緣間距
0.15mm
0.25mm
功能測試不良率
52%0
溫循老化後功能測試不良率6%0
（表一）
通過以上資料可得，優化方案驗證有效，滿足產品可製造性設計。
四、優化設計總結
綜上所述，器件引腳邊沿間距小於0.2mm的晶元不能按照常規封裝設計，pcb layout設計助焊焊盤寬度不予補償，通過加長助焊焊盤長度規避焊接接觸面積可靠性問題。對於助焊焊盤過大導致兩阻焊邊沿間距過小，優先考慮削銅處理；對於阻焊焊盤設計過大的，優化阻焊設計，有效增加兩阻焊焊盤邊沿寬度，從而保證pcba焊接質量保障。可見，助焊和阻焊焊盤設計之間的協調對提高pcba可製造性及焊接直通率有決定性作用。
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