小尺寸厚型封装产品侧立贴片焊接强度的研究

兰玉平

摘 要：文章主要研究BT板上注塑厚型封装产品采用侧立贴片时引脚的焊接强度。小尺寸厚型封装的产品，钢网厚度建议选用0.2mm，才能保证焊盘足够吃锡，提高焊接强度。文章测试对比锣槽板和钻孔板二种焊盘结构的推力数据，得出采用钻孔板产品推力值更大，焊接更牢固。

关键词：小尺寸厚型封装；BT板；焊接强度；推力

中图分类号：TG457.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0079-02

BT（Bismaleimide Triazine）板，全称BT树脂基板，是一种特殊的高性能基板材料。因其具有高TG，低热膨胀率、优秀的介电性能、良好的力学特征等性能，使其在封装基板中得到广泛应用[1]。BT板作为基板封装红外发射管，因其无法冲制碗杯，若要达到与引线框架有碗杯产品相同的发光强度和角度性能，需要设计更大尺寸的透镜。为了提高板材的利用率，产品拼板排布尺寸会设计更紧密，产品尺寸较小，而透镜尺寸又大，就形成小尺寸厚型封装的产品。这种产品主要应用在红外触摸屏上，触摸屏的四周边框布满红外发射管和红外接收管，红外发射和接收是正对排布的，产品需采用侧立贴片。厚型封装的产品采用侧立贴片时，为保证产品焊接牢固，需考虑产品的焊盘、贴片PCB焊盘及回流焊钢网开孔设计。

1 焊盘设计

1.1 产品焊盘设计

产品包括侧面、顶部和底部焊盘。产品顶部和底部焊盘设计成一样，主要不同点在于侧面焊盘。侧面焊盘由BT板电镀方式决定，电镀分钻孔板和锣槽板。焊盘的长度由板厚决定，通用的板厚有0.2mm、0.4mm、0.6mm和1.0mm。厚型封装的产品球面透镜较大，需选用1.0mm才能保证产品侧立贴片时平稳放置于PCB板上。另外，厚板侧贴焊盘长度大，贴片牢固度好，所以选用1.0mm板厚。

锣槽板侧面都是焊盘，焊盘厚度只有镀层厚度（单面0.049mm），底部贴片处并没有吃锡区域，主要靠侧面焊盘爬锡。钻孔板侧面焊盘是圆孔侧壁，产品是通过切割分离，切割刀片厚0.2mm，将过孔切割形成1/4圆弧面。过孔越大，切割后的圆弧面越大，侧面焊盘吃锡量越多，产品贴片越牢固。但增大过孔尺寸，产品外形会增大，板材利用率低。为了保证贴片牢固，提高材料利用率，又能实现微型化产品，过孔尺寸选用≥0.8mm，焊盘尺寸0.4mm左右。计算切割后过孔的尺寸与吃锡量如表1所示。当过孔尺寸为1.0mm，焊盘宽度可以达到0.39mm，满足设计要求。

前端焊盘紧贴透镜边沿，宽度为0.5mm。底部焊盘宽度分1.0mm和1.5mm二种尺寸。产品外形图如图1所示。

1.2 贴片焊盘及钢网设计

贴片焊盘设计要适当，太大则焊料铺展面较大，形成的焊点较薄；较小则焊盘铜箔对熔融焊料的表面张力太小，当铜箔的表面张力小于熔融焊料表面张力时，形成的焊点为不浸润焊点；必须保证贴片焊盘上的产品前后端都有过盈的焊盘。贴片焊盘设计要较长，这样多余的焊锡才能挤向焊盘前后二侧，并在前后二侧焊盘上形成焊接圆角[2]。产品侧面焊盘尺寸为0.39mm×1.09mm，焊盘是圆弧形，吃锡量较平面贴片产品吃锡量大，所以贴片焊盘宽度要更宽，以保证圆弧内有足够的锡膏，锡膏量为1/4圆弧吃锡量的2～3倍。依此计算，贴片焊盘尺寸为1.5mm×1.8mm。

钢网开孔尺寸和厚度决定贴片时的锡膏量，焊点中焊锡量越大，产品与焊盘间的焊锡越厚，可靠性越高[3]。钢网开孔尺寸设计与贴片焊盘尺寸一样为1.5mm×1.8mm。钢网厚度0.1mm，计算锡膏量为0.27mm3；钢网厚度为0.15mm，锡膏量为0.41mm3，钢网厚度为0.2mm，锡膏量为0.54mm3，当钢网厚度为0.2mm时，锡膏量是产品吃锡量的4.5倍，可以保证产品足够吃锡。

2 产品推力试验

为了验证这二种产品的焊接牢固度，安排样品進行回流焊，再做推力试验。

2.1 回流焊接

回流焊选用Sn-Ag-Cu系无铅焊料[4]，该系焊料具有相对低的熔化温度、良好的润湿性[5]。回流焊焊锡温度为（245±5）℃，时间（10±1）秒。

2.2 推力试验

推力试验采用艾固数显推力计。将产品置于推力计上，产品放置方向分二种，推力计推底部焊盘和推力计推透镜。记录推焊盘和推透镜产品从贴片板上推开的推力值，推力数据如表2所示。

3 数据分析

推透镜推力值大于推焊盘。由于钻孔板有圆弧焊盘进行吃锡，而锣槽板底部无焊盘，钻孔板推力值大于锣槽板。客户要求推力值大于30N，从焊盘方向的推力数据小于30N，不满足要求，需进一步加大底部焊盘尺寸，以增大底部产品推力值。

为了提高底部焊盘的推力值，进一步加大底部焊盘尺寸。锣槽板推力数据与目标值差较大，建议采用钻孔板。现将钻孔板的底部焊盘尺寸增大到1.5mm。对比1.0mm和1.5mm二种规格的焊盘推力数据，如表3所示。

从透镜方向进行推，底部焊盘为1.5mm产品推力值较1.0mm产品推力值提升16.2%。从焊盘方向进行推，底部焊盘为1.5mm产品推力值较1.0mm产品推力值提升40.4%。推焊盘产品推力值提升幅度很明显，建议底部焊盘设计要≥1.5mm。这样产品从二个方向的推力值均大于30N，可以满足客户要求。

若客户需要更大的推力值，建议中间设计无极性焊盘，可以进一步提高产品的焊接牢固度，但要防止产品引脚间短路。

4 结论

（1）产品采用钻孔板焊盘焊接推力值大于采用锣槽板的产品。（2）产品推透镜的推力值大于推焊盘的推力值。（3）小尺寸厚型封装的产品，贴片时钢网厚度建议选用0.2mm，才能保证钻孔板圆弧壁内有足够的吃锡量，产品贴片牢固。（4）产品底部焊盘加大0.5mm，推透镜焊接强度可以提高16.2%，推焊盘焊接强度可以提高40.4%。

参考文献：

[1]BT板.百度百科：[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/BT%E6%9D%BF/8334748？fr=Aladdin.

[2]张建碧.基于表面贴装工艺技术的印制板焊盘设计[J].无线互联科技，2015.

[3]王豫明，等.焊盘设计、钢网开口工艺的评估[A].2016中国高端SMT学术会议论文集[C].2016.

[4]张莎莎，等.Sn-Ag-Cu系无铅焊料性能研究进展[J].热加工工艺，2010，39（1）：124-127.

[5]LEE N C. Reflow soldering processes and troubleshooting： SMT， BGA， CSP and flip chiptechnologies[M].Boston： Newnes，2002：12-23.endprint