好的共面度对于好的焊点至关重要:如果一条引脚或引线的位置太高,它可能就无法与焊膏形成充分的接触,从而导致焊点在机械上出现虚焊或出现完全电气连接开路的漏焊。大多数规范都要求共面度在 0.10mm 和 0.15mm 之间。

通过利用正确的工艺和工具,就能够为多数应用持续地构建共面度为 0.15 mm 的连接器。然而,由于引脚数量的增加,特别是一些连接器的引脚发展成为了特定的形状,或者它们需要以特定角度(如双排、直角)来进行连接时,要达到 0.10 mm 的共面度就更为困难。维持这种较低的共面度会增加连接器成本。

如今的大型电路板都包括超过 3000 个元件和体积更小的、更高集成度的电子器件,使得本已紧张的板上空间变得更加密集,其结果是元器件引脚之间的间距也越来越小,设计师现在也在更多地考虑采用厚度为 0.10 mm 的焊膏模板。如果使用更厚的焊膏模版,那么引线或焊盘之间就会存在较高的焊桥风险。然而,设计师很难找到既满足 0.10mm 共面度规格要求,同时又具有足够引脚数及合适外形尺寸的连接器。

当然,设计师的确也可以选择其他解决方案。如他们可以采用阶梯化焊膏模板,用薄一点的焊膏模板来应对小节距元件,而用更大一些的模板来支持连接器。这就解决了问题,但焊膏模板成本就会变得更高,同时还有可能无法适用于焊锡阶梯两侧元器件之间空间不足的应用。根据通常的经验来看,两个阶梯开孔之间的距离应该为阶梯厚度的 36 倍。

另一种选择是使用多个连接器。连接器的引脚数量越少,就越容易使其满足更为紧密的共面度规格。但是多个连接器又增加了成本,同时增加了布局复杂性并带来可靠性问题。此外,尽管连接器可能满足 0.10 mm 共面度要求,但厚度为 0.10 mm 的焊膏模板意味着更低的焊料高度,从而导致焊点机械强度可能不够高。

如何优化焊膏模板的开孔

为了最低限度地采用这些折衷方案,Samtec 和 Phoenix Contact 针对三个系列的连接器研究了通过修改焊膏模板开孔所产生的效果。这些研究使用了一个厚度为 0.15 mm 和 1:1 开孔的模板,从而使沉积焊料的尺寸和形状与铜焊盘一致。随后在这些实验中增加了两种厚度为 0.10mm 的、但开孔更大的模板,并在接下来的研究中制作并选用了共面度在 0.10 mm 和 0.15 mm 范围内的连接器。

这项研究涉及将焊膏模板开孔的大小调整到超出焊盘尺寸来进行套印,以增加焊料量并形成更好的连接,但不多到导致焊桥或在电路板表面留下焊球。为实现这一目标,这项研究依赖于回流焊过程中的焊膏在达到其液化温度后,在加热的焊盘上形成凝结的趋势。当然,必须为每种连接器类型确定正确的开孔大小(图 2)。