实施有效的焊点质量分析以降低PCB组装流程中的成本和风险.pdf

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此白皮书阐述如何在PCB设计和制造流程前期评估焊点质量,从而避免PCB组装流程中令人头痛的返工问题。因为,在组装流程中选用备选列表中不同的元器件时,焊点质量会有差异。通过此白皮书,您将了解以下要点:如何满足备选元件管理需要、为何备选元件会给组装流程带来挑战、如何根据基于元器件封装的元件库验证几何布局上同样可用的备选元件是否真正可用。
实施有效的焊点质量分析以降低PCB组装流程中的成本和风险 图1:焊点可靠性问题实例:焊料用量不足导致焊点开裂、管脚与孔径不相称导致虚焊、BGA元嚣件下方测试点密度不均导致 焊点开裂、镀铜不均导致元器件一端翘起、距离分离边太近导致分立元器件焊点断裂、小型MELF放置位置两侧镀铜不均。 前四项质量要素是对封装几何布局进行定义的物理特性,可用在DFM分析中。为了进行有效的焊点 质量分析,首先要从分析既定的BOM开始,确定每一种布局可能使用的EDA元件编号。然后,将每 EDA元件编号与所需元器件封装关联。最后,工程师还要确定是否存在几何布局上同样可用的备选元 器件。 凭借高效的DFM软件应用程序(如 Mentor Graphics的 Valor npi工具),设计工程师可对既定的BOM 进行分析,确定相应的EDA元件编号。然后,将EDA元件编号与产品模型内所用元件的多家制造商元件 编号相关联。最后,工程师可快速确定AL上所列元器件中是否存在封装几何布局上同样可用的备选 元器件。在验证封装几何布局上同样可用的备选元器件是否真正可用后,就可避免下游流程中出现风 险更大的制造问题。 因此,在将产品模型发布至制造流程前,必须确保焊点准确无误。供应链中这个阶段的修正成本是最低 的。利用 Valor npl dem分析解决方案,可确保无论BoM选用AⅥL中哪个元器件,都能达到同等的焊 点性能。不过,要实现这一点,必须针对可以放置在电路板上的所有制造商元件编号给出精确的元器件 图样。 cn. mentor. com/valor 实施有效的焊点质量分析以降低PCB组装流程中的成本和风险 为合适的位置选择合适的元件 在确定焊点质量时,最关键的因素在于跟部距离和跟部与头部比率是否合理(见图2)。这两项因素基 本决定了在形成元器件管脚周围焊片时可使用的焊料用量。 图3中显示了计算该值时所需 考虑的管脚接触区。这里简单说 图2:焊点质量取决于跟部距离和跟部与 明一下元器件封装图样内应包含 头部比率。 的内容,可能有助于理解。元器 件封装图样中应包括元器件本体 (红色边框所示区域)。该本体 代表在塑封预期电气功能所需 电子元件时使用的塑料、金属、 陶瓷或其他材料。管脚接触区代 表元器件管脚与实际电路板上 镀铜焊盘的接触位置(蓝色边框 所示区域)。 焊盘 跟部 ←头部 管脚接触区 管脚接触区 跟前面讲到的桥梁设计师一样,即使对于 种元件布局,BOM中也可能包含多家制造 商的备选元件编号,而且都满足功能要求。 不过,经验表明备选元件编号对应的元器 件本体和管脚接触区可能会产生不同的元 元件本体 器件封装图样。图4示例中就显示了同 种布局存在多种不同的封装。这表示元器件 封装本体或管脚接触区也存在某种偏差。 图3:在计算合理的跟部距离和跟部与头部比率时需要考虑管脚接触区。 在焊点质量方面,主要考慮外形和适合等问颞,而不是元器件功能。利用 Mentor Graphics的va|or Parts Library(vP,可验证多个元器件封装图样是否在要求容差范围内;如果超出范围,软件就可识别 出那些无法安装在此区域的元器件,从而避免等到制造流程才发现。接下来,还可快速确定哪些元器件 选项可能造成元器件管脚与电路板上预定镀铜组装焊盘之间岀现明显的位置偏差。 cn. mentor. com/valor 实施有效的焊点质量分析以降低PCB组装流程中的成本和风险 SH BOM Manager Application-[New BOM-11 sa Ele Edit Yiew Check Tools Actions options Windo 国四懾國日國圉画國圃■‖國凹匝‖L圖2 Item CP Manufacturer Chosen 8316005-244KMET 0<C2460W3225 WALSIN 12:DB22SKCT-CRMDSO-C2N-L60W33 10125C224ATA2AKOLDSO-C2X-L64W25T3 图4:BoM内可能包含各选元件编号;每个元件编号可能对应不同的元器件封装;每种元器件封装又可能包含不冋的本体和 管脚接触区。 在图5左图中,管脚接触区无论在大小还是形状上都存在很大偏差。在右图示例中,元件编号虽然在功 能上与BoM中其他元件相同,但实际上却与元器件封装不吻合。这样会导致组装流程受阻,如果不提 供进一步指导,组件供应商 就无法继续。 口 Display YPL Packag 虽然BOM和AVL验证可 确保元器件封装图样均在 双方的可接受容差范围 内,但是最终组装时可使 用的每种布局对应的元器 件组合太多,在实际操作 中根本无法一一验证。 此,在组装分析中就需要同 时考虑封装布局和焊点质 量,确定最终选用哪个元 器件。 厂xxx-c/BI-Ls2W31T6 ate Mode Replace Append Displayed ren∈ package Body V sin Numbers V Package Pins厂 图5:BoM和AⅥL验証功能可识别备选供应商产品的外形和适合问题,指定相似 元器件的容差(包括高度对比),确定不符合规格要求的元件。 cn. mentor. com/valor 实施有效的焊点质量分析以降低PCB组装流程中的成本和风险 就算单独评估各个B○M和AVL选项,也不能排除同一电路板上所有元器件选项之问交义影响的可能 性。即使元器件封装存在很细微的偏差,也可能导致严重问题。 Valor np软件提供了元器件包封功能,让您可以创建一个元器件本体,并将所有可用的元器件本体以及 容差塑封到单个复合元器件包封中,从而有效解决这一问题。在考虑单个复合包封内可能包含的所有备 选元器件后,就可完成全部元器件本体间距分析,并确定出入最大的情况。 不过,即使一种布局对应多个可用备选元件,一般也只会对所选元器件进行分析。在 Valor ne工具中 进行备选元件分析时,可根据元器件管脚接触区确定每一种可用管脚的焊接质量,然后报告出入最大 的情况。利用备选元件分析,可确保所有备选制造商元件编号都能产生理想的焊点质量,而不受所选元 器件的影响。 元器件包封功能可为组装分析带来多种益处。首先,无论从元器件供应商那里实际订购哪些元器件,都 能确保元器件间距准确无误。其次,可进一步确定可能影响焊接质量的元器件布局位置。然后,可根据 占位面积最大的元器件本体来验证在线测试位置,确保测试点位置合理。最后,还可根据最高元器件的 高度来确定波峰焊工艺,避免造成阴影问题。 验证元器件列表 Valor np|软件可提供BOM和AVL验证和组装分析所需的全部功能。 Valor Parts Library工具提供元器 件封装和管脚接触区图样,涵盖从片式电阻器、BGA到连接器的全系列经济适用元器件 在运用 Valor Parts Library内容进行DM分析时, Mentor Graphics的 BOM Manager应用程序可利用 其高级匹配功能,确保最大数量的制造商元件编号与元器件封装图样相匹配。扩展匹配功能可自动运 用业界公认的最佳匹配方法,对比所需制造商元件编号和同一制造商的元件编号,从而避免麻烦的手 动操作。 制造商 BOM MPN VPL MPN 图6示例中直接排除了元件编号中与封 DALLAS DS1086LU+ DS1086LU 装无关的信息,提高了潜在匹配结果数 EVERLIGHT 12215YGc/s530E2/TR82215YGc/s530E4/TR8 量。然后,扩展匹配功能将生成一个同 ERLIGHT 1221UYc/s530A5/TR8 1221SYGC/5530E4/TR8 类制造商元件编号列表供您选择。 12-21UYc/s530-A5/TR8 1221S/BHCAN1P2/2C 图6:排除元件编号中与封装无关的信息,提高潜在匹配结果数量 cn. mentor. com/valor 实施有效的焊点质量分析以降低PCB组装流程中的成本和风险 如果仍然无法在 Valor Parts Library内找到与元件编号对应的元器件封装图样,工程师可使用元器件 的原始EDA封装名称,在BOM中查找分配有 Valor Parts Library元器件图样的元件编号。然后,选择 VPL封装图样,并将其分配给缺失的元件编号 在运用扩展搜索功能并将EDA封装名称用作参考后,可确保为整个产品模型提供尽可能多的匹配元器 件封装图样,进一步完苦已经很全面的组装分析流程。 另外,还可关联 Valor Parts Library和PL建库服务,生成缺失元器件图样信息。在 BOM Manager工 具中,确定建库服务是否可用,然后提交创建请求。 结论 凭借 Mentor Graphics的各类解决方案,您可以通过 BOM Manager软件轻松创建BOM和AⅥL产品模 型图样。然后,将EDA元件编号与 Valor Parts Library中多家制造商的具体元器件封装关联,快速确定 AVL上所列元器件中是否存在几何布局上同样可用的备选元器件。 利用元器件包封功能,可通过分析确定出入最大的情况,确保选用合适的制造商元件编号,获得合理的 元器件布局和优质的焊点。 在验证理论上同样可用的元器件封装是否真正可用后,就可在产品生命周期前期排除制造问题,大大 降低此类故障带来的风险。 如需最新产品信息,请致电联系我们,或者访问:cn. mentor. com/ v alor ⊙2015 Mentor Graphics Corporation,保留所有权利。本文档包含 Mentor Graphics公司的专有信息,可由原始接收人出于内部业务需要进行 全部或部分复制,但须在所有副本中包含此完整声明。接收人如果接受本文裆,即表示其同意采取一切合理措施,防止他人未经授权使用 这些信息。本文档中提及的所有商标属于其各自所有者 深阻区 台湾 新加坡 韩国 新竹市300公道五路二段233 A Thomson Rd Trade ToMer Room 世纪大道88号 福中三路16号 120号11楼 #23-07 Novena Rm2104 World Trade cantre 金茂大厦290 诺德中心7E MT大棱) Kangnam-ku Seoul 邮编:200121 邮编:518026 Singapore 307984 Koea135729 电话:02161016301 电话:075582822701 电话:656770075 电话:8225513434 传真:02150471379 传真:07558826707 传真 传真:656779111 传真:822551233 MGC 05-15 TECH12600-CN

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