你的位置:首頁 > 互連技術(shù) > 正文

復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?

發(fā)布時(shí)間:2024-09-17 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】先進(jìn)的印刷電路板(PCB)非常復(fù)雜,以至于OEM(原始設(shè)備制造商)經(jīng)常會(huì)撓頭,懷疑他們的PCB組裝是否走對(duì)了路。特定的電路板應(yīng)用面臨著許多挑戰(zhàn),但并非所有組裝廠都具備處理一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的能力,那就是射頻(RF)PCB。


先進(jìn)的印刷電路板(PCB)非常復(fù)雜,以至于OEM(原始設(shè)備制造商)經(jīng)常會(huì)撓頭,懷疑他們的PCB組裝是否走對(duì)了路。特定的電路板應(yīng)用面臨著許多挑戰(zhàn),但并非所有組裝廠都具備處理一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的能力,那就是射頻(RF)PCB。


當(dāng)射頻電路在50GHz以上的高頻率下工作時(shí),電路板上的每一塊額外金屬都會(huì)影響嚴(yán)格控制的走線的阻抗。這可能會(huì)影響回波損耗和反射,還可能導(dǎo)致其他信號(hào)完整性問。


當(dāng)PCB采用標(biāo)準(zhǔn)FR-4或FR-6型PCB材料而不是更昂貴的符合RF要求的材料(例如聚四氟乙烯(PTFE)或Astra MT77)制成時(shí),這一點(diǎn)變得更加關(guān)鍵。


此外,接地空洞對(duì)RF PCBA也至關(guān)重要。IPC-A-610規(guī)定QFN類元件下大型接地焊盤的最終驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)由OEM和合同制造商(CM)商定。IPC確實(shí)規(guī)定了,在焊料量少得多的情況下,塌陷的BGA焊球上的30%空洞是可以接受的。


對(duì)于生產(chǎn)RF PCB設(shè)計(jì)的OEM來說,他們?cè)谶@方面的目標(biāo)可以是QFN類元件下大接地焊盤上的空洞率低于25%(在某些情況下甚至低于10%)。只有采用正確的組裝程序,空洞率才可能低于25%或低于10%。


除了接地空洞之外,需要OEM密切關(guān)注的五個(gè)關(guān)鍵PCB組裝方面分別是:組件選擇、PCB材料選擇、模板設(shè)計(jì)、回流曲線和功能測(cè)試。


組件選擇


選擇元件時(shí)不僅要考慮信號(hào)完整性要求,還要密切關(guān)注組裝要求。設(shè)計(jì)工程師在選擇封裝時(shí)必須了解組裝方面的挑戰(zhàn)。如果可以使用難度較低的封裝來實(shí)現(xiàn)最終結(jié)果,那么設(shè)計(jì)工程師就必須選擇這些封裝。


有源元件封裝的例子可以是倒裝芯片與微型BGA或QFN型封裝,而無源元件可以是0201尺寸的無源元件,而不是01005尺寸的無源元件,尤其是電容器,與這些元件相關(guān)的挑戰(zhàn)將在下文進(jìn)一步討論。


PCB材料選擇


PCB材料和表面處理對(duì)最終的走線阻抗起著關(guān)鍵作用。PCB公司無法使用FR-4、PTFE、Astra MT77或用于高頻PCB的FR-4和PTFE類型材料來滿足高頻電路的要求。


模板設(shè)計(jì)


模板設(shè)計(jì)是進(jìn)行有效RF PCB組裝的關(guān)鍵,可避免分配多余和損壞的焊料。當(dāng)RF電路工作在50GHz以上的頻率時(shí),每一塊額外的金屬都會(huì)影響電路的阻抗。


走線長(zhǎng)度和阻抗至關(guān)重要,必須嚴(yán)格控制。當(dāng)PCB采用標(biāo)準(zhǔn)FR-4型材料制成時(shí),必須在組裝過程中補(bǔ)償最終的走線阻抗。哪怕是最少量的額外焊料都可能以回波損耗和反射的形式導(dǎo)致電路信號(hào)完整性下降。


因此,當(dāng)今的RF電路板必須采用最嚴(yán)格的要求來控制走線長(zhǎng)度和焊盤尺寸,以及暴露和不暴露某些走線。帶有任何非預(yù)期焊料的暴露走線不僅會(huì)改變電路的阻抗,還可能導(dǎo)致其他意外的信號(hào)完整性問題,例如串?dāng)_和噪聲。


需要牢記的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是:第一,焊盤上分配的焊料量應(yīng)保持在受控區(qū)域內(nèi)。焊料不能流到走線上。圖1顯示了沒有任何焊料的干凈走線。


復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?

圖1:分配在焊盤上的焊料量需要保持在焊盤內(nèi)。


其次,使用最少量的焊料很重要,只分配能產(chǎn)生高質(zhì)量焊點(diǎn)所需的足夠量。如上所述,任何多余的焊料都會(huì)干擾RF電路的性能。


確定正確的模板


在許多情況下,EMS供應(yīng)商及其裝配人員在設(shè)計(jì)裝配流程時(shí)不會(huì)與設(shè)計(jì)工程師協(xié)作。然而,對(duì)于RF PCB,電路板設(shè)計(jì)師在確定給定RF電路板組件的正確模板方面起著關(guān)鍵作用,必須考慮某些非常重要的方面。


例如,他或她必須明確定義關(guān)鍵RF路徑上的器件封裝。在模板設(shè)計(jì)期間,必須仔細(xì)考慮關(guān)鍵RF路徑上所有部件的孔徑大小,尤其是倒裝芯片、BGA和QFN等封裝。任何較低或較高的焊料體積都可能影響RF板的輸出性能。


某些芯片類型的焊盤設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。此時(shí),您需要足夠的焊料量來實(shí)現(xiàn)良好的焊點(diǎn)。但在存在射頻干擾的情況下,焊料量不能超過要求。


此外,考慮到上述幾點(diǎn),您還必須考慮到較新的RF電路芯片安裝需要越來越小的孔徑。例如,倒裝芯片在RF電路中越來越常見,如圖2所示,它們與電路板連接時(shí)的焊料凸起最小,因此分配的焊料量變得更少。


復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?

圖2:倒裝芯片在電路板連接處有最小的焊接凸起。


焊膏溶劑


先進(jìn)RF芯片的互補(bǔ)電路經(jīng)常使用極小的01005尺寸電容器。01005焊盤或倒裝芯片型有源部件的小焊盤上分配的焊料量是一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn),因?yàn)镽F電路必須將焊料量保持在最低水平,但同時(shí)焊點(diǎn)又必須具有良好的流動(dòng)性。


隨著孔徑變小,良好流動(dòng)所需的助焊劑量也會(huì)減少,必須特別注意回流曲線,以減少助焊劑用量,實(shí)現(xiàn)良好流動(dòng)。焊膏包括助焊劑,助焊劑含有焊點(diǎn)良好流動(dòng)所需的溶劑、樹脂和表面活性劑。


01005尺寸無源部件上的任何額外焊料量都可能在部件下方產(chǎn)生細(xì)線橋接。值得注意的是,大多數(shù)X射線設(shè)備(包括高分辨率5DX系統(tǒng))能夠檢測(cè)電阻器下方的橋接,但無法檢測(cè)電容器(尤其是01005尺寸電容器)下方的橋接。


因此,裝配廠必須具備足夠的經(jīng)驗(yàn),才能成功地在RF電路上安裝大量01005電容器,并避免潛在的橋接。這里需要重復(fù)的是,挑戰(zhàn)在于要有足夠的焊料量,以實(shí)現(xiàn)良好的流動(dòng),但焊料不能太多,以免在放置元件時(shí)造成橋接。


接地空洞


RF性能的另一個(gè)關(guān)鍵方面是良好的接地。接地是高速RF電路的一個(gè)重要方面,因?yàn)殡娏餍枰鬟^地線才能完成回路。在QFN型部件中,芯片的底部是一塊很大的接地區(qū)域。


當(dāng)對(duì)大面積接地區(qū)域進(jìn)行回流時(shí),會(huì)形成不同大小和百分比的空洞。空洞是焊點(diǎn)中滯留的氣體。減少空洞具有挑戰(zhàn)性,但并非不可能,通過精心的工藝設(shè)計(jì)、分析和適當(dāng)?shù)哪0逶O(shè)計(jì),接地空洞可以減少到10%以下。


回流曲線


一旦電路板組裝完畢,回流曲線就變得至關(guān)重要。它必須考慮焊料的體積和可用的助焊劑,以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)。


一旦印刷了焊料,回流時(shí)間或使電路板回流所需的時(shí)間就變得至關(guān)重要。


如果時(shí)間過長(zhǎng),嚴(yán)格控制的小焊盤上的焊膏中的一些溶劑甚至可能在到達(dá)回流系統(tǒng)之前就蒸發(fā)掉。此外,一旦電路板開始回流,可能會(huì)出現(xiàn)一些問題,例如較小的無源器件或01005尺寸元件的干焊或立碑(圖3)。


復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?

圖3:裝配廠必須具備豐富的經(jīng)驗(yàn),才能在RF電路上成功安裝包括01005電容器在內(nèi)的無源器件,以防止立碑和橋接。(圖片:由NexLogic Technologies提供)


由于高頻射頻電路上允許分配的焊料量有限,這兩個(gè)挑戰(zhàn)變得更加嚴(yán)峻。所有這些都需要經(jīng)驗(yàn)、合適的設(shè)備、正確的工具設(shè)計(jì)和工藝控制。


可以使用各種不同的回流技術(shù)。其中包括精心控制曲線的常規(guī)對(duì)流回流。氣相回流系統(tǒng)非常有用,尤其是對(duì)于在同一側(cè)混合使用密度非常高的元件和非常小的元件的情況。真空氣相系統(tǒng)對(duì)于減少空洞也至關(guān)重要,在某些方面,考慮到焊料的體積和焊膏中可用溶劑的體積,回流變得更加關(guān)鍵。


功能測(cè)試


OEM向裝配廠提供功能測(cè)試的信息或規(guī)范。由于頻率和測(cè)試點(diǎn)創(chuàng)建限制,RF類型電路上的自定義功能測(cè)試有時(shí)是唯一可用的測(cè)試方法。測(cè)試點(diǎn)在RF電路上并不普遍,因此,如果沒有測(cè)試點(diǎn),無論是飛針測(cè)試還是在線測(cè)試都是低效的。


因此,RF電路的功能測(cè)試可使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)類的設(shè)備進(jìn)行波形分析。這種級(jí)別的高級(jí)功能測(cè)試需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師、技術(shù)人員和程序員。


但必須指出的是,功能測(cè)試有其自身的局限性,它無法告訴你故障的細(xì)節(jié),這就是為什么RF組件的流程從頭到尾都必須極其嚴(yán)格。你不會(huì)想讓功能測(cè)試儀承擔(dān)故障檢測(cè)的責(zé)任的,因?yàn)樗鼰o法準(zhǔn)確定位這些故障。


總結(jié)


正如我們?cè)谶@里所說的,RF PCB屬于復(fù)雜組件的范疇。但它的獨(dú)特之處在于,它需要經(jīng)驗(yàn)豐富的裝配車間工程和技術(shù)人員來規(guī)劃和執(zhí)行諸如元件選擇、PCB材料、正確的模板設(shè)計(jì)、關(guān)注互補(bǔ)電路、回流曲線和功能測(cè)試等關(guān)鍵方面。


最重要的是,模板必須幾乎完美無缺,以防止多余的焊料被分配到電路板上。因此,尋找RF PCB組裝廠的OEM應(yīng)考慮根據(jù)上述組裝步驟評(píng)估其要求。


免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


推薦閱讀:

MEMS 麥克風(fēng)中 PDM 和 I2S 數(shù)字輸出接口的比較和選擇

實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確圖像深度和細(xì)節(jié)的這項(xiàng)“黑科技”,值得了解!

基于大數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)的穿戴式運(yùn)動(dòng)心率算法

用于測(cè)試汽車逆變器的主動(dòng)電機(jī)仿真

電氣負(fù)載模擬器


特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉