基于鋁基板的PCB焊接工藝研究

［關(guān)鍵詞］鋁基板；PCB 焊接；焊接工藝參數(shù)；焊接質(zhì)量

［中圖分類號(hào)］TN41 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0103–03

1概述

1.1研究背景

鋁基板作為一種重要的電子封裝和電路板材料，因其優(yōu)異的熱導(dǎo)性、良好的機(jī)械性能及相對(duì)較低的成本，在電子行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在高功率、高密度的電子設(shè)備中，鋁基板的使用可以有效提高散熱效率，從而保證電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，鋁基板的PCB（印制線路板）焊接工藝相較于傳統(tǒng)的FR-4或其他非金屬材料的PCB焊接，具有更多的技術(shù)挑戰(zhàn)和難點(diǎn)。

1.1.1材料特性的挑戰(zhàn)

鋁基板的熱膨脹系數(shù)與常規(guī)FR-4材料不同，這導(dǎo)致其在焊接過程中熱應(yīng)力的分布和影響更為復(fù)雜。同時(shí)，鋁材料的高熱導(dǎo)性使得焊接熱量迅速分散，這對(duì)于焊接溫度的控制提出了更高的要求。

1.1.2焊接工藝的優(yōu)化需求

傳統(tǒng)的焊接工藝不適用于鋁基板，需要開發(fā)新的焊接方法或優(yōu)化現(xiàn)有工藝。例如，特殊焊錫膏的使用，以及焊接參數(shù)（如溫度、時(shí)間、壓力）的精確控制，都是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

1.1.3焊接質(zhì)量的控制

鋁基板的焊接質(zhì)量直接影響到電路板的性能和可靠性。如何有效防止焊接過程中的短路、焊點(diǎn)裂紋及焊料球化等問題，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

基于以上背景，對(duì)基于鋁基板的PCB焊接工藝進(jìn)行深入研究，不僅有助于提高電子產(chǎn)品的性能和可靠性，還能推動(dòng)相關(guān)焊接技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，滿足市場(chǎng)對(duì)高性能電子設(shè)備的需求。

1.2研究目的和意義

鋁基板具有良好的熱傳導(dǎo)性能，能夠?qū)㈦娮釉骷a(chǎn)生的熱量迅速散發(fā)，從而提高電子設(shè)備的工作穩(wěn)定性，并延長其使用壽命。

通過深入研究鋁基板的PCB焊接工藝，可以確保電子設(shè)備在高功率運(yùn)行狀態(tài)下的可靠性和穩(wěn)定性，有助于實(shí)現(xiàn)更緊湊的布局設(shè)計(jì)，滿足電子設(shè)備對(duì)于空間和性能的雙重要求，有助于推動(dòng)新材料在電子制造領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)電子行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

總之，掌握先進(jìn)的鋁基板PCB焊接技術(shù)，可以提升電子制造企業(yè)的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有助于企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位，對(duì)于推動(dòng)電子制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿足市場(chǎng)需求及促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2鋁基板PCB焊接性能影響的試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本試驗(yàn)旨在通過錫膏選型、設(shè)備工藝參數(shù)、PCB設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的焊接試驗(yàn)比較，探討提高鋁基板焊接質(zhì)量的可行性。

2.2試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)

2.2.1回流焊接工藝參數(shù)對(duì)鋁基板焊接質(zhì)量的影響

試驗(yàn)中使用了兩種不同型號(hào)的錫膏，尋找回流焊爐溫、預(yù)熱溫度、鏈速3個(gè)因子交互作用的顯著性，并找出其最佳設(shè)置值對(duì)焊接良率的影響。焊接完成后，對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行外觀評(píng)分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性評(píng)分及電氣連通性測(cè)試，最終得出合理的爐溫曲線。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

2.2.2 PCB設(shè)計(jì)對(duì)鋁基板焊接質(zhì)量的影響

基于業(yè)內(nèi)已知焊接經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)易出現(xiàn)質(zhì)量問題器件封裝焊盤進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，重復(fù)驗(yàn)證焊盤封裝與焊接質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性。圖1為某紅外對(duì)管原始標(biāo)準(zhǔn)封裝焊盤與引腳尺寸1∶1設(shè)計(jì)（0.5mm×0.5mm），在錫膏印刷很充足的情況下仍然存在虛焊問題。在對(duì)焊盤進(jìn)行分析后得出，器件焊盤與引腳尺寸為等比設(shè)計(jì)，這會(huì)導(dǎo)致焊錫在過爐熱熔后被焊盤拉回，從而導(dǎo)致引腳上錫量偏少。圖2為修改后的紅外對(duì)管封裝焊盤與引腳（0.6mm×1.2mm），焊盤尺寸偏大于引腳尺寸，保證錫膏印刷充足的情況下引腳上錫量充足。使用相同的生產(chǎn)設(shè)備及參數(shù)，重復(fù)驗(yàn)證焊盤封裝與焊接不良問題的關(guān)聯(lián)性，驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

2.2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表1得知，錫膏a在較低溫度（230℃）下的外觀評(píng)分和內(nèi)部完整性評(píng)分均高于在較高溫度（250℃）下的情況，錫膏b在較高溫度（250℃）下的外觀評(píng)分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性評(píng)分均高于在較低溫度（230℃）下的情況，電氣連通性評(píng)分在不同溫度下沒有明顯異常。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)表2可看出，封裝焊盤的設(shè)計(jì)直接影響著焊接質(zhì)量的不良率，一個(gè)優(yōu)秀的焊盤設(shè)計(jì)，不僅能夠降低焊接不良率，同時(shí)也降低了后續(xù)返修次數(shù)。

3研究成果及未來展望

3.1研究成果

試驗(yàn)研究結(jié)果表明，錫膏b在250℃的焊接參數(shù)下表現(xiàn)出更好的焊接質(zhì)量，無論是外觀還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性均優(yōu)于230℃下的表現(xiàn)（圖3）。

相比之下，錫膏a在兩個(gè)溫度下的表現(xiàn)差異不大，但整體略遜于錫膏b。因此，錫膏型號(hào)的選擇對(duì)于鋁基板整體焊接質(zhì)量影響參數(shù)較小，但設(shè)置一個(gè)合適的回流爐焊接參數(shù)則會(huì)獲得更佳的焊接質(zhì)量。由表2可知，如果PCB焊盤設(shè)計(jì)正確，在焊盤面積充足的情況下，由于熔融焊錫表面張力的作用，將焊錫有效遷移至引腳，從而保證引腳上錫量，如圖4所示。

綜上，對(duì)于鋁基板PCB的焊接，從PCB設(shè)計(jì)方面分析，良好的焊盤設(shè)計(jì)及組件布局有利于提升焊接的可制造性，可降低焊接不良率；從工藝制程方面分析，通過對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、工藝參數(shù)、生產(chǎn)過程等影響因子的不斷改進(jìn)，可以提高焊接的一致性和良率。

3.2研究的局限性與未來展望

與傳統(tǒng)FR-4材料相比，鋁基板的制作工藝對(duì)環(huán)境和操作條件有較高要求，其生產(chǎn)和焊接可能涉及較高的成本，尤其是在使用高端材料和精細(xì)工藝時(shí)更為突出。同時(shí)鋁基板市場(chǎng)受上游原材料價(jià)格波動(dòng)、產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)及下游需求變動(dòng)等因素的影響，產(chǎn)品價(jià)格波動(dòng)性較大。但隨著電子產(chǎn)品向高密度、高集成度發(fā)展，鋁基板的市場(chǎng)需求有望增長，尤其是在通訊、汽車、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。可以在政府相關(guān)政策的支持和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂下推動(dòng)鋁基板焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，未來的研究可能會(huì)集中在開發(fā)新的焊接技術(shù)和方法，研究如何簡(jiǎn)化焊接流程，提高焊接效率和質(zhì)量。綜上，鋁基板的PCB焊接工藝目前雖然面臨一些挑戰(zhàn)和局限性，但通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新、工藝改進(jìn)及市場(chǎng)擴(kuò)展，該領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)展和挑戰(zhàn)。

4結(jié)束語

文章研究了鋁基板的PCB焊接工藝，通過試驗(yàn)分析了焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的影響，并探討了PCB設(shè)計(jì)對(duì)焊接效果的重要性。研究發(fā)現(xiàn)，合適的錫膏選擇和精確的焊接參數(shù)設(shè)置對(duì)提高鋁基板焊接質(zhì)量至關(guān)重要。同時(shí)，合理優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)可以有效降低焊接不良率和返修次數(shù)。盡管鋁基板焊接面臨成本和環(huán)境要求的挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增長，鋁基板在電子制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。未來研究將集中在開發(fā)新的焊接技術(shù)和方法，以簡(jiǎn)化流程、提高效率和質(zhì)量，從而推動(dòng)電子行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。