PCB高可靠性化要求与发展——无源元件与激光焊锡技术（下）

（接上文）

3 PCB焊接点大量增加对可靠性的影响

PCB的失和故障中最大的比率是焊接点的失效，其失效（故障）率可高到70%以上。而焊接点的失效（故障）率主要表现为焊接点界面处“虚焊”（界面的面积非全部焊接上、或部分焊接着、或焊接不饱满等）和断裂（断离而开路、特别是“虚焊”时占多数，因为结合力减小了），因此减少PCB上的焊接点的数量是提高可靠性的主要方向！

目前PCB的发展趋势是高密度化，也就是说：PCB于元器件的焊接点不是减少而是还得继续迅速增加着！为了解决这个问题，主要方法：

（1）埋置无源元件在PCB板内；

（2）埋置有源元件在PCB板内。

（3）更新现有的焊接工艺，使其满足pcb高密度、多焊点、精密焊接的需求。

这样一来，PCB板面上的焊接点就可以提高可靠性，也可以大大地提高或延长使用寿命！

3.1 埋置无源元件的必要性

无源元件（指电阻、电容和电感）是用来组成“滤波电路”以消除或减轻干扰湖无用的信号，保证需要的信号完整或较完整地通过，因此在安装有源元件（如IC集成电路）的同时，必然在其周围安装着很多的无源的元件。

3.1.1 无源元件的数量越来越多

在PCB组装中，大多数的无源元件数与有源元件数比是处在（15~50）:1之间。但是，由于有源（IC等）元件的集成度越来越高和信号传输高频化与高速化，要求配置的无源（电阻、电容和电感）元件也随着越来越多，起比率也越来越靠近50:1。表5示出一般PCB组装中的各种元件的比率情况。

目前一个典型的移动电话产品中元器件的总数量可达400多个，而有源（IC组件）元件不到20个，380多个是无源（电容、电阻和电感）元件。在这个移动电话中，无源元件占PCB80%的面积、70%的组装成本！

3.1.2  PCB制造面临的挑战

由于有源（IC等）元件的集成度越来越高和信号传输高频化与高速化，要求配置的无源（电阻、电容和电感）元件也随着越来越多，起比率也越来越靠近50:1。目前情况，不管BGA（球栅阵列组件）的I/O（输入/输出）数量增加到多高，其中30%~50%的焊点均属于无源元件的焊接！

（1）小型化的挑战。

在PCB组装中，由于有源元件周围要安装匹配的大量无源元件，它们将占据着大部分面积，如在普通的一个移动电话中，无源元件占PCB面积的80%，而目前功能更多、性能更好的移动电话中，其占比还要大些。所以在PCB发展时必须创新和发展小型化或集成化作为重点。

（2）低成本的挑战。

在PCB的安装中已经遇到成本的挑战！无源元件安装在PCB表面上，不仅占据着80%左右的面积而且占据了70%左右的组装的成本，同时它也是影响电子组装的低效率的主要因素。另外，目前的有源元件和无源元件的制造成本和组装成本刚好是相反的。

（3）高频高速化的挑战。

电子产品的高频化（含高速数字化）的发展是非常快速的，不仅是几个GHz的问题而几十GHz问题，随着是几百GHz 到几千GHz的事情！在高频化条件下，各种元件的端电极、焊点、焊盘、连线、孔等都会带来寄生参量（如寄生电容、寄生电感等），这种寄生参量将随着高频增加程度而增加，并产生“干扰”造成传输信号损失或“失真”，而无源元件所形成的电路是引起寄生参量的主要因素！

（4）高可靠性化的挑战。

电子产品的高可性的主要课题是故障率问题，而焊接点的故障率是最大的，大约占70%左

右。焊接点故障主要来自三个方面：

①焊接点焊接缺陷，如虚焊、焊接不完整等；

②焊接点结合力小，不能抵抗住冷/热冲击（内应力）、震动等能力；

③环境影响如氧化、腐蚀等削弱焊接点结合力。

（5）尺寸极限。

随着小型化的发展和要求，元器件的尺寸越来越小，而尺寸的缩小带来安装的困难度就越大，同时安装的成本也越来越高。如片式电阻为例，从0603（1.6 mm×0.8 mm）→0402（1.0 mm×0.5 mm）→0201（0.6 mm×0.3 mm），目前可小到01005（0.4 mm×0.2 mm）。尽管还可以再小下去，但安装十分困难，生产率低、成本也高、可靠性有带来课题。

还有经济效益方面也是一个问题,如低的生产率、高成本和可靠性（故障率）等。

3.1.3 激光焊锡技术的发展

激光焊锡技术作为一种新型的焊接方法，为PCB的高密度化和可靠性提供了新的解决方案。激光焊锡技术作为一种先进的无接触热传导型加热焊接工艺，利用高能量密度的激光束作为热源，通过精确控制激光参数，实现焊料的快速熔化和焊接。这种焊接方法具有热影响区域小、焊接速度快、焊接质量高等特点，能够有效避免传统焊接过程中的热损伤和机械损伤。

激光焊锡技术的非接触式加工特点能有效降低焊接残余应力，减少对周围焊点及零件的损伤。特别是在传统手工烙铁难以接近的部位，激光焊锡技术能够顺利完成焊接作业，展现出其在微小空间和复杂立体产品焊接作业中的独特优势。此外，激光焊锡无残留、不需要清洗、热影响小，这些特点使得激光焊锡成为提高焊接质量的理想选择。

4 总结

总之，随着PCB高密度化提高将带来焊接点的面积和焊接结合力的减小，而高密度化和信号传输高频化与高速数字化的结合，必然带来PCB内部高温化和焊接点热应力增大化，这些是威胁着PCB的高可靠性的主要根源！因此，在PCB高密度化、信号高频化等的产品中，必须加强高导热化措施，而有效的方法是把无源元件和有源元件埋置到PCB内部或采用激光焊锡技术，这些方法不仅是目前和今后PCB开发和制造的亮点，也是PCB发展和升级的根本出路！

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审核编辑 黄宇