智能電表的貼片電容焊盤尺寸設(shè)計(jì)

      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(shí)保證組件 小尺寸、更好的機(jī)械強(qiáng)度、制造效率和PCBA可靠 性，因此必須在PCBA設(shè)計(jì)階段便考慮可制造性及制造可靠性。對(duì)于印制電路板組件 的可制造性設(shè)計(jì)來講，表面貼裝焊盤設(shè)計(jì) 是其中一個(gè)重要而又容易被忽視的方面，其設(shè)計(jì)水 平直接影響PCBA組裝質(zhì)量。

      目前表面貼裝焊盤設(shè)計(jì)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(jì)和焊盤圖形標(biāo)準(zhǔn)通用要求，是國際通用的設(shè)計(jì)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(gè)密度等級(jí),其中密度等級(jí)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(dòng)環(huán)境中的PCBA產(chǎn)品。焊接結(jié)構(gòu)是最堅(jiān)固的，并且在需要的情況下很容易進(jìn)行返修, 人工焊接和機(jī)器焊接都易于操作，且留有較大的制 造裕量。密度等級(jí)B為中等焊盤伸出，適用于中等 元件密度的產(chǎn)品，提供堅(jiān)固的焊接結(jié)構(gòu)。人工焊接 和機(jī)器焊接也都可以操作。密度等級(jí)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(shí)現(xiàn)最高的元件組裝密度，適用于機(jī)器焊 接，人工焊接較難。3個(gè)密度等級(jí)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(jì)的焊盤尺寸便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、自動(dòng)化 監(jiān)測等，因此傾向于IPC7351標(biāo)準(zhǔn)密度等級(jí)A焊盤尺 寸。但是，采用IPC7351標(biāo)準(zhǔn)密度等級(jí)A來開展表面 貼裝焊盤尺寸設(shè)計(jì)后，其焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度到底如何。針對(duì)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(jì)尺寸(其中一種為IPC7351標(biāo)準(zhǔn)推薦的密度等 級(jí)A的焊盤尺寸)，對(duì)其焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比驗(yàn) 證，希望為表面貼裝焊盤設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。同時(shí)采用有限元仿真分析方法對(duì)2種焊盤所形 成的焊點(diǎn)熱疲勞壽命進(jìn)行有限元對(duì)比計(jì)算，以便從焊盤設(shè)計(jì)角度為智能電表的焊點(diǎn)可靠性設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

研究所選實(shí)驗(yàn)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(shí)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。