如何避免在您的射频电路板焊料过多

先进的印刷电路板是如此复杂,OEM常常会划伤他们的头,并怀疑他们是否走在了正确的路上。由于在其特定的董事会应用方面存在许多挑战,并非所有的装配厂都配备了处理一个关键领域的设备,即射频(rf)PCB。

当射频电路在高频率(如50+千兆赫)下运行时,每一块额外的金属就会影响严格控制的轨迹的阻抗。这可能影响返回损失和反射,但也可能造成其他信号完整性问题。

当PCB是用标准的F-4或F-6型PCB材料而不是更昂贵的射频合格材料,如聚四氟乙烯(聚四氟乙烯)或ASTRAMT77制造时,这一点就变得更加重要。

此外,接地间隙是关键的射频pcba。IPC-A-610将QFN型零件下的大型接地垫的最终验收标准由OEM和合同制造商商定。IPC确实指定了在焊料体积小得多的塌陷BGA焊球上接受30%的间隙。

就生产射频PCB设计的OEM而言,它们在这方面的目标可能是在QFN型零件下的大型地面垫上排泄不到25%(在某些情况下甚至不到10%)。只有在适当的装配程序下,才有可能进行不到25%或不到10%的排尿。

除了接地间隙外,需要最密切的OEM关注的五个关键电路板装配领域是组件选择、电路板材料选择、模具设计、回流型材和功能测试。

组件选择

组件的选择不仅需要考虑信号完整性要求,还需要考虑装配要求。设计工程师在选择包时必须了解装配的挑战.如果最终结果可以用较少的挑战包实现,那么设计工程师必须选择那些包。

主动组件包的例子可以是活片对微型BGA或QFN型包和被动部分可以是0201尺寸的钝化器,而不是01005尺寸的钝化器,特别是电容器。下文将进一步讨论与这些构成部分有关的挑战。

PCB材料的选择

PCB材料和抛光剂在最终的跟踪阻抗中起着关键作用。PCB公司无法管理高频电路要求的要求与F-4、聚四氟乙烯、ASTRAMT77或混合的F-4和聚四氟乙烯类材料用于高频PCB。

模板设计

模板设计是有效的射频印刷电路板装配的关键,以避免分配额外和损坏的焊料。当一个射频电路运行在50+千兆赫水平时,每一个额外的金属片都会影响电路的阻抗。

跟踪长度和阻抗是关键的,是严格控制的.当PCB是用标准的F-4型材料制造时,在装配过程中必须补偿最终的微量阻抗。最小量的额外焊料会导致电路的信号完整性降低,表现为返回损耗和反射。

因此,今天的射频板必须采用最严格的要求,以控制跟踪长度和垫尺寸,同时曝光和不暴露某些痕迹。暴露的痕迹与任何意想不到的焊料不仅改变了电路的阻抗,还可能引起其他意想不到的信号完整性问题,如交叉交谈和噪音。

要记住的两个关键点是,第一,在垫上施放的焊料量应保持在被控制的区域内。图1显示没有任何焊料的清洁痕迹。

图1在垫上分发的焊料量需要留在垫内。

其次,使用最小量的焊料是很重要的,只提供足够的数量,一个好的质量焊料接头。如上所述,任何额外的焊料都会对射频电路的性能造成干扰。

确定正确的模板

在许多情况下,环境管理系统供应商及其装配人员在设计装配过程时没有与设计工程师合作。然而,对于射频PCB,板材设计者在确定某一射频板材组件的正确模板方面起着关键作用。必须考虑到某些非常重要的方面。

例如,他或她必须明确定义关键射频路径上的设备包。在模板设计过程中,必须密切考虑关键射频路径上的所有部件的孔径尺寸,特别是像活页片、BGS和QFNS这样的包。任何较低或较高的焊料量都会偏离射频板的输出性能。

对于某些芯片类型的PAD设计也是至关重要的。在这里,您需要足够的焊料体积来实现一个良好的焊接接头。但在有射频干扰的情况下不超过要求。

此外,保留上面提到的要点,你必须考虑到更新的射频电路芯片安装需要越来越小的孔径。例如,在射频电路中,活页芯片变得越来越普遍。如图2所示,他们有最小的焊料碰撞连接到电路板,所以分发焊料的数量变得更少。

图2翻片有最小的焊料碰撞电路板连接。

固化膏溶剂

先进射频芯片的互补电路经常使用极小的01005尺寸的电容器。01005的焊料量或触发芯片式活动部件的小焊料量造成了一个独特的挑战,即由于射频电路,焊料量必须保持在最低限度,但同时焊料接头必须有良好的流动性。

由于孔径较小,良好流量所需的流量也会减少。在减小流量的情况下,要获得良好的流量,必须特别注意回流。焊膏包括焊剂,其中含有溶剂,树脂和表面活性剂,需要良好的流焊剂接头。

在01005尺寸的无源部件上的任何额外焊料量都可以在该部件下面的发际线桥接。值得注意的是,大多数X射线设备,包括高分辨率5DX系统,能够检测电阻下的桥接,但不能检测电容下的桥接,特别是01005尺寸的电容。

因此,装配厂必须有足够的经验,才能成功地在射频电路上安装大量01005电容器,以避免潜在的桥接。这里值得再次强调的是,我们面临的挑战是要有足够的焊料来保证良好的流流,但在组件放置过程中不要太多的焊料来造成桥接。

地面间隙

射频性能的另一个重要方面是良好的接地。接地是高速射频电路的一个重要方面,因为电流需要通过地面来完成循环。芯片底部是QFN型零件的一块大地面。

当一个大的地面区域被折射时,会形成大小和百分比不同的空洞。间隙是焊接接头中的捕获气体。减少间隙是一项挑战,但并非不可能。经过仔细的工艺设计、剖面分析和适当的模具设计,地面间隙可以减少到10%以下。

倒流型

一旦板被组装,回流轮廓变得非常重要。它必须考虑到焊料的体积和可用的焊剂来进行适当的流动.

一旦焊料被打印出来,再循环时间或获得板再循环所需的时间变得至关重要。

如果时间太长,在严格控制的小型焊料上的焊膏中的一些溶剂可能会在到达回流系统之前蒸发。此外,一旦板被回收,可能会出现一些挑战,如较小的被动装置或01005尺寸组件的干焊料或石刑(图3)。

图3要成功地安装无源装置,包括射频电路上的01005电容器,以防止被砸和桥接。

由于允许在高频射频电路上分发的焊料量有限,这两项挑战更加严峻。所有这些都需要经验、适当的设备、正确的工具设计和过程控制。

可以使用各种不同的回流技术。这些包括有规律的对流倒流和精心控制的剖面。气相回流系统可以非常有用,特别是对于高密度组件与非常小的组件在同一面的混合。真空气相系统也是真空还原的关键.在某些方面,考虑到焊料的体积和膏中可用溶剂的体积,回流变得更为重要。

功能测试

OEM向装配厂提供功能测试的信息或规格。由于射频型电路的频率和设置测试点的限制,定制功能测试有时是唯一可用的测试方法。测试点在射频电路中并不普遍。因此,没有测试点,无论是飞行探针还是电路测试都是低效的。

因此,射频电路的功能测试可以使用矢量网络分析仪(VNA)类型的设备进行波形分析。这种高级的功能测试需要有经验的工程师、技术员和程序员.

但必须指出,功能测试有其自身的局限性。它不能告诉你失败的细节。这就是为什么从一开始到最后,对射频程序集必须非常严格。您不希望为故障检测而给功能测试器增加负担,因为它仅限于无法确定那些故障。

概括的

正如我们在这里所说的,射频PCB属于复杂组件的范畴。但它的独特之处在于,它要求有经验的装配车间工程师和技术人员规划和执行关键领域,如组件选择,PCB材料,正确的模板设计,注意互补电路,再循环,和功能测试。

最重要的是,模板必须是实际上完美的,以防止额外和不必要的焊料被分发到板上。因此,为其射频PCB组装寻找装配厂的OEM应考虑根据上述装配步骤评估其需求。