智能電表的貼片電容焊盤尺寸設(shè)計
隨著智能電表的廣泛應(yīng)用,小型化印制電路板 組件(PCBA)的需求日益增大,希望同時保證組件 小尺寸、更好的機械強度、制造效率和PCBA可靠 性,因此必須在PCBA設(shè)計階段便考慮可制造性及制造可靠性。對于印制電路板組件 的可制造性設(shè)計來講,表面貼裝焊盤設(shè)計 是其中一個重要而又容易被忽視的方面,其設(shè)計水 平直接影響PCBA組裝質(zhì)量。
目前表面貼裝焊盤設(shè)計的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)很多,其中 IPC-7351B是IPC制定的表 面貼裝設(shè)計和焊盤圖形標(biāo)準(zhǔn)通用要求,是國際通用的設(shè)計規(guī)范之一。該標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了產(chǎn)品組裝密 度、應(yīng)用環(huán)境和返修等因素。在IPC-7351B標(biāo)準(zhǔn) 中,按照焊盤伸出引腳長度將PCB焊盤劃分為A、B 和C 3個密度等級,其中密度等級A為最大焊盤伸 出,適用于低元器件密度應(yīng)用,典型的應(yīng)用例子如暴 露在高沖擊或震動環(huán)境中的PCBA產(chǎn)品。焊接結(jié)構(gòu)是最堅固的,并且在需要的情況下很容易進行返修, 人工焊接和機器焊接都易于操作,且留有較大的制 造裕量。密度等級B為中等焊盤伸出,適用于中等 元件密度的產(chǎn)品,提供堅固的焊接結(jié)構(gòu)。人工焊接 和機器焊接也都可以操作。密度等級C為最小焊 盤伸出,適用于希望具有最小焊接結(jié)構(gòu)要求的微型 產(chǎn)品,可實現(xiàn)最高的元件組裝密度,適用于機器焊 接,人工焊接較難。3個密度等級示意圖見圖1。
此外,從印制電路板組件的智能制造角度出發(fā), 希望所設(shè)計的焊盤尺寸便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、自動化 監(jiān)測等,因此傾向于IPC7351標(biāo)準(zhǔn)密度等級A焊盤尺 寸。但是,采用IPC7351標(biāo)準(zhǔn)密度等級A來開展表面 貼裝焊盤尺寸設(shè)計后,其焊接結(jié)構(gòu)強度到底如何。針對智能電 表中常用的1210表面貼裝電容,本文有 2種焊 盤設(shè)計尺寸(其中一種為IPC7351標(biāo)準(zhǔn)推薦的密度等 級A的焊盤尺寸),對其焊接結(jié)構(gòu)強度進行對比驗 證,希望為表面貼裝焊盤設(shè)計提供技術(shù)參考。同時采用有限元仿真分析方法對2種焊盤所形 成的焊點熱疲勞壽命進行有限元對比計算,以便從焊盤設(shè)計角度為智能電表的焊點可靠性設(shè)計提供技術(shù)參考。
研究所選實驗樣品為1210表面貼裝電容,尺寸 信息見表1
根據(jù)IPC7351B標(biāo)準(zhǔn),焊盤尺寸標(biāo)識示意圖見 圖2,所做的PCB焊盤尺寸見表2。
圖2 IPC 7351 B標(biāo)準(zhǔn)的Chip類型表面
依據(jù)表2的焊盤尺寸來分別制作1210電容的 PCB側(cè)焊盤,采用同樣的組裝工藝共制備了 6塊 PCBA組件,見表3,組裝后1210電容的典型外觀照 片見圖3。