在印制电路板设计中看似是一个简单的选择,即是在SMT焊盘的设计上应该是采用由焊料掩膜窗口边缘限定(掩膜限定)方式,还是应该采用焊料掩膜窗口大于PCB互连区(焊盘或非掩膜限定)方式,SMT贴片加工厂商对此还始终没有形成共识。
与此同时,在热循环的过程中,由于焊料掩膜与锡银铜(SAC)合金焊料间的热膨胀系数(CTE)失配而产生的应力会导致组装件的早期失效。
采用掩膜限定焊盘的另外一个常见问题会增加片间焊球(MCSB)的产生概率。片间焊球是一种位于无源元件引脚端之间直径大于100µm的球状焊料体。
图4.一个掩膜限定组装中的片间焊球实例。
减少焊膏印刷量是解决片间焊球的办法之一,但是采用去除无源元件引脚端部位的焊料掩膜同样也是一种十分有效的解决方法。最佳的方案通常就是推荐将将这两种技术结合起来使用。图5展现了一个实例,一个全球合同制造商在不减少焊膏印刷量的同时,通过采用去除了无源元件引脚部位的焊接掩膜来解决片间焊球问题。实际上,这是在设计规则上由掩膜限定朝着焊盘限定的一个转变。
图5.在不减少焊膏印刷量的同时通过去除无源元件引脚部位的焊料掩膜来解决片间焊球问题的一个实例。
采用焊盘限定的焊接也可以减少随机焊球的产生。在电路板和丝网窗口间轻微的对准偏移通常也会导致印刷焊膏会略微超出焊盘区域。如果是由掩膜限定的焊盘,那么焊膏可能会直接印刷在焊料掩膜上,掩膜上的焊膏不会形成金属间化合物,而通常会形成如图6所示的随机焊球。
图6.因焊膏印刷在焊料掩膜上导致产生的随机焊球。
总而言之,掩膜限定设计规则具有更好的焊膏印刷量及其重复性。由于绝大多数的SMT表面组装缺陷都是由焊膏印刷问题所导致,因此尽可能地减小焊膏印刷工艺参数的变化是十分必要的。
在电路板与焊料间建立更牢固的连接也同样是我们所努力追求的目标,采用焊盘限定的焊点可以实现这样的目标。对于许多电路组装来说,减少片间焊球和随机锡球的产生也是我们的关键追求目标。
这个问题的答案似乎不像一开始想象的那么简单,或许关键性的因素是要确保实现良好的焊膏印刷和采用焊盘限定的设计规则,这将会大大增加板级组装的电学可靠性。