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针对测试载体QFN的无焊料Occam工艺流程
  2021-09-08      71

文章来源:PCB007中文线上杂志

作者:Joe Fjelstad

Joe Fjelstad任Verdant Electronics公司CEO,是该公司创始人。他是电子互连和封装技术领域的国际权威和创新者,拥有185项已颁发或正在申请中的专利。

如果你一直关注我不切实际的追求——在过去13年中说服电子行业认可制造无焊料电子组件的诸多益处,可能(或希望)你会熟悉我主张构建Occam工艺组件所采用的结构和方法。我在相关文章中介绍的解决方案(构建这种组件的方法不止一种)可以显著减少制造电子模块或组件所需的制程工序数量(可以减少三分之一),并且,通过从根本上消除制程中的焊料和焊接工艺,可以使电子组件更可靠、成本更低。

那些长时间在电子制造业工作的人可能很清楚,电子产品中焊料和焊接工艺是大多数缺陷及故障的根本原因。最近的一项调查表明,大约80%的组装问题与焊接有关,焊接不仅会导致有故障的焊点,还会导致对PCB结构及电镀导通孔的损坏(分层)。

我对Occam工艺的介绍及推广都囊括在了I-007电子书《电子产品的无焊料组装——SAFE方法》中。对于那些还没有下载和翻阅过本书的人来说,Occam工艺就是一种制造电子组件的逆向工程方法;也就是说,不是构建电路板并将元件焊接到其表面,而是设计和构建“元件板”,然后在该组件上构建电路。起初,我称之为反向互连工艺(Reverse Interconnection Process),缩写为“RIP”,但很快意识到这样的缩写不会给潜在用户带来信心。

该书列举了许多原因,说明为什么采用“SAFE”方法是有争议的,但是为了本专栏的目的,重点将放在电子元件的散热管理上。为什么?因为热量一直是电子组件的大敌。每一次超过某个临界值的热暴露都会使电子模块的长期可靠性降低,并会产生累积效应。此外,电子组件在其使用寿命期间受到的最大热冲击之一发生于焊接过程中,在组装过程中可能还会发生二三次或更多次焊接。这之后可能还会进行返工,这将进一步降低电子产品的性能,因此从目标的角度来看,消除高温暴露(包括追求低温焊料)的方法是“容易实现的目标”。

然而,散热问题并没有就此结束。运行产生的热量是行业面临的另一个持续存在的问题, QFN虽然具有吸引力,但却是一种更为脆弱的元件类型。在过去几年中,由于QFN具有最小化的尺寸和性能优势,被越来越多地用于解决电子模块设计问题,但是在QFN底部的散热焊盘上进行全焊接连接一直是组装厂面临的最棘手问题之一。因此,为了更好地介绍Occam工艺,本文采用QFN作为实例元件,简要讨论和描述构建电子模块(其本身就是散热器)的方法。本文还将提供一系列电路板图形及附带文字说明,以便读者快速掌握这些概念。

图解occam工艺

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讨论

本文提出了一种应对几十年来日益棘手问题的新方法:从电子模块中有效地散热。热量管理大师Bernie Siegal是我信赖的技术顾问之一,十几年前我第一次向他展示这个想法时,他与我分享了这样的观点:“这种方法能够在前端解决设计散热问题。”

那些有PCB制造技能的专业人士应该能够理解其中的步骤,也能了解如何使用现有的材料设备和工艺来完成这些步骤。目前针对永久性和工艺消耗性材料,可用材料太多,特别是当需要承受焊接要求的材料或者必须在组装时去除的材料,无法一一列出。

目前,正在努力构建一次性Occam工艺演示组件,以打消那些坚定地宣称这个概念不可行的人的疑虑。作为一个乐观主义者,我想分享上世纪初反传统者Henry Ford的名言——“不管你认为是可能,还是不可能——你都是对的。”

期待能够与读者分享即将完成的成果。

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