CN114096078B - 不耐高温器件的印制板保护罩制备方法、保护罩及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了不耐高温器件的印制板保护罩制备方法、保护罩及应用，该方法包括：选择保护罩的增材保护材料，根据增材保护材料的特性和回流焊传热原理，构建对流传热模型；根据对流传热模型，通过热仿真，构建印制板上不耐高温器件保护罩尺寸模型；根据不耐高温器件保护罩尺寸模型，得到印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸；根据不耐高温器件的保护罩尺寸，在印制板上布置焊盘，通过焊盘将保护罩焊接在印制板的不耐高温器件外围。本发明是根据传热学原理和回流焊工艺特点，采用增材保护技术，降低不耐高温器件在回流焊过程的温度的设计思路，有效解决不耐高温器件不适用回流焊工艺的缺陷，提高印制板组件产品的一致性、生产效率和产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及回流焊工艺技术领域，具体涉及不耐高温器件的印制板保护罩制备方法、保护罩及应用。
背景技术
回流焊工艺是印制板装配的核心工艺，由于部分国内芯片厂家的设计、工艺技术水平，导致部分国产器件不耐高温，有铅回流焊工艺兼容性差；特别是部分国产军品芯片，器件封装本身就采用有铅工艺，芯片焊接只能采用手工焊接，降低了产品的生产效率，且很难保证芯片的焊接质量和可靠性。
随着国产化芯片器件的大规模应用，越来越多的不耐高温的QFP、QFN封装国产器件出现在印制板组件上，现在此类不耐高温器件大多通过手工焊接的方式安装在印制板组件，以保证器件不承受过高的温度冲击，确保器件正常工作。但是手工焊接此类器件存在以下问题：1、手工焊接无法焊接器件底部热焊盘，无法保证器件底部焊盘接地，特别是A/D、D/A器件，不良的底部接地是无法保证器件电性能参数完全实现；2、不良的底部焊盘接地不利于器件本身散热，提高了器件的散热成本；3、手工焊接本身效率低且产品一致性和质量无法保证，影响器件焊点可靠性；4、产品生产工序增加，器件手工焊接后还需手工清洗，提高生产成本。
发明内容
本发明目的在于提供不耐高温器件的印制板保护罩制备方法、保护罩及应用，有效解决不耐高温器件的印制板不适用回流焊工艺的技术缺点，本发明从印制板设计的角度，通过增材的设计方法，设计了针对不耐高温器件的印制板保护罩并进行制备，在保护不耐高温芯片的同时，兼顾了国产芯片的回流焊工艺适用性，提高产品的生产效率和质量水平。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了不耐高温器件的印制板保护罩制备方法，该方法包括：
选择保护罩的增材保护材料，根据增材保护材料的特性和回流焊传热原理，构建对流传热模型；
根据所述对流传热模型，通过热仿真，构建印制板上不耐高温器件保护罩尺寸模型；根据所述不耐高温器件保护罩尺寸模型，得到印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸；
根据不耐高温器件的保护罩尺寸，在印制板上布置点阵焊盘，通过焊盘将保护罩焊接在印制板的不耐高温器件外围。
工作原理是：基于不耐高温器件的印制板不适用回流焊工艺的技术缺点，本发明从印制板设计的角度，根据传热学原理和回流焊工艺特点，采用增材保护技术，设计了针对不耐高温器件的印制板保护罩并进行制备，实现不耐高温器件在回流焊工艺中的适用性。本发明采用技术方案是根据传热学原理和回流焊工艺特点，采用增材保护技术，降低不耐高温器件在回流焊过程的温度的设计思路。首先，选择保护罩的增材保护材料，根据增材保护材料的特性和回流焊传热原理，构建对流传热模型；其次，根据所述对流传热模型，通过热仿真，构建印制板上不耐高温器件保护罩尺寸模型；根据所述不耐高温器件保护罩尺寸模型，得到印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸；最后，根据不耐高温器件的保护罩尺寸，在印制板上布置焊盘，通过焊盘将保护罩焊接在印制板的不耐高温器件外围。
本发明对存在不耐高温器件的印制板组件，可在印制板设计阶段进行预处理，使不耐高温器件可以不采用手工焊方法，与耐高温器件一起通过回流焊工艺完成组装；有效的解决了不耐高温器件不适用回流焊工艺的技术缺点。通过实际证明，该方法稳定可靠，可以大大提高印制板组件产品的一致性、生产效率和产品质量。
进一步地，所述保护罩的增材保护材料为导热率高的金属材料。
进一步地，所述对流传热模型为：
其中，hm为平均对流传热系数；D为圆形喷嘴直径；λ为空气导热系数；H为喷嘴到被冲击表面的高度；ReD为雷诺数；NuD为努赛尔系数。
进一步地，印制板上不耐高温器件的保护罩形状为下端开口的矩形腔体。
进一步地，印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸：(不耐高温器件长度+8mm)>保护罩长度>(不耐高温器件长度+3mm)；(不耐高温器件宽度+8mm)>保护罩宽度>(不耐高温器件宽度+3mm)；(不耐高温器件高度+8mm)>保护罩高度>(不耐高温器件高度+3mm)；保护罩厚度为1.5mm～2.5mm。
进一步地，所述保护罩底部镀涂凸点，所述凸点尺寸为焊盘面积的60％～80％。
进一步地，在所述凸点上镀铜，镀铜之后再镀镍，作为阻挡层；最后镀锡。保护罩底部制备金属凸点是为了便于焊接对位；确保保护罩有较好的可焊性，保证不耐高温器件保护罩回流焊过程中不发生偏移。
进一步地，所述焊盘采用点阵式焊盘结构，利用焊点本身的自对准原理，保证保护罩的腔体在回流焊过程中不偏移。
第二方面，本发明又提供了不耐高温器件的印制板保护罩，该保护罩是使用所述的不耐高温器件的印制板保护罩制备方法制作而成；该保护罩是一个下端开口的矩形腔体，该保护罩用于焊接在印制板上不耐高温器件的外围。
第三方面，本发明又提供了不耐高温器件的印制板保护罩的应用，使用如权利要求9所述的不耐高温器件的印制板保护罩，通过把所述护罩焊接在印制板上不耐高温器件的外围，该不耐高温器件与耐高温器件一起通过回流焊工艺进行印制板装配。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明从印制板设计的角度，根据传热学原理和回流焊工艺特点，采用增材保护技术，设计了针对不耐高温器件的印制板保护罩并进行制备，实现不耐高温器件在回流焊工艺中的适用性。本发明采用技术方案是根据传热学原理和回流焊工艺特点，采用增材保护技术，降低不耐高温器件在回流焊过程的温度的设计思路。
2、本发明对存在不耐高温器件的印制板组件，可在印制板设计阶段进行预处理，使不耐高温器件可以不采用手工焊方法，与耐高温器件一起通过回流焊工艺完成组装；有效解决了不耐高温器件不适用回流焊工艺的技术缺点。通过实际证明，该方法稳定可靠，可以大大提高印制板组件产品的一致性、生产效率和产品质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明不耐高温器件布设位置示意图。
图2为本发明保护罩(包括焊盘点阵)示意图。
图3为本发明确定尺寸后保护罩底部含凸点结构的保护罩示意图。
图4为本发明回流焊工艺采用的热风回流焊炉的典型传热原理示意图。
图5为本发明针对不耐高温器件适用回流焊工艺的印制板局部示意图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-印制板，2-不耐高温器件，3-焊盘，4-凸点，5-保护罩。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图5所示，本发明不耐高温器件的印制板保护罩制备方法，该方法包括：
选择保护罩5的增材保护材料，根据增材保护材料的特性和回流焊传热原理，构建对流传热模型；
根据所述对流传热模型，通过热仿真，构建印制板上不耐高温器件保护罩尺寸模型；根据所述不耐高温器件保护罩尺寸模型，得到印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸；
根据不耐高温器件的保护罩尺寸，在印制板上布置焊盘3，通过焊盘3将保护罩5焊接在印制板的不耐高温器件2外围。
为了进一步的对本实施例进行说明，所述保护罩5的增材保护材料为导热率高的金属材料。
为了进一步的对本实施例进行说明，所述对流传热模型为：
其中，hm为平均对流传热系数；D为圆形喷嘴直径；λ为空气导热系数；H为喷嘴到被冲击表面的高度；ReD为雷诺数；NuD为努赛尔系数。
为了进一步的对本实施例进行说明，印制板上不耐高温器件的保护罩5形状为下端开口的矩形腔体。印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸：(不耐高温器件长度+8mm)>保护罩长度>(不耐高温器件长度+3mm)；(不耐高温器件宽度+8mm)>保护罩宽度>(不耐高温器件宽度+3mm)；(不耐高温器件高度+8mm)>保护罩高度>(不耐高温器件高度+3mm)；保护罩厚度为1.5mm～2.5mm。
具体实施时，以工厂使用的中电科某所的SFM95**系列射频芯片为例，该器件最高耐受温度不超过215℃，无法使用混装回流焊(最大温度大于217℃)工艺。该芯片尺寸为21.7×21.7×4mm，经过仿真得到好护罩的尺寸为长度(25～27mm)、宽度(25～27mm)、高度(7～9mm)、厚度(1.5～2.5mm)的保护罩可以保护器件耐高温不超过215℃且器件本身温度达到183℃以上。经过试验验证，长度(26mm)、宽度(26mm)、高度(7mm)、厚度(2mm)的保护罩尺寸能够不损坏器件且得到较好的回流焊接效果。
为了进一步的对本实施例进行说明，所述保护罩5底部镀涂凸点4，所述凸点4尺寸为焊盘3面积的60％～80％。
并且，在所述凸点4上镀铜，镀铜之后再镀镍，作为阻挡层；最后镀锡。保护罩底部制备金属凸点是为了便于焊接对位；确保保护罩有较好的可焊性，保证不耐高温器件保护罩回流焊过程中不发生偏移。
为了进一步的对本实施例进行说明，所述焊盘3采用点阵式焊盘结构，利用焊点本身的自对准原理，保证保护罩的腔体在回流焊过程中不偏移；且注意点阵间距，以便于印制板设计。
为了进一步的对本实施例进行说明，根据印制板设计要求，确定不适用回流焊工艺的不耐高温器件位置；及根据印制板设计结构要素要求，合理的布设不耐高温器件，尽量与其余器件留足够距离的。
工作原理是：基于不耐高温器件的印制板不适用回流焊工艺的技术缺点，本发明从印制板设计的角度，根据传热学原理和回流焊工艺特点，采用增材保护技术，设计了针对不耐高温器件的印制板保护罩并进行制备，实现不耐高温器件在回流焊工艺中的适用性。本发明采用技术方案是根据传热学原理和回流焊工艺特点，采用增材保护技术，降低不耐高温器件在回流焊过程的温度的设计思路。首先，选择保护罩的增材保护材料，根据增材保护材料的特性和回流焊传热原理，构建对流传热模型；其次，根据所述对流传热模型，通过热仿真，构建印制板上不耐高温器件保护罩尺寸模型；根据所述不耐高温器件保护罩尺寸模型，得到印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸；最后，根据不耐高温器件的保护罩尺寸，在印制板上布置焊盘，通过焊盘将保护罩焊接在印制板的不耐高温器件外围。
本发明对存在不耐高温器件的印制板组件，可在印制板设计阶段进行预处理，使不耐高温器件可以不采用手工焊方法，与耐高温器件一起通过回流焊工艺完成组装；有效的解决了不耐高温器件不适用回流焊工艺的技术缺点。通过实际证明，该方法稳定可靠，可以大大提高印制板组件产品的一致性、生产效率和产品质量。
实施例2
如图1至图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了不耐高温器件的印制板保护罩，该保护罩是使用实施例1所述的不耐高温器件的印制板保护罩制备方法制作而成；该保护罩5是一个下端开口的矩形腔体，该保护罩5用于焊接在印制板上不耐高温器件2的外围。
同时，本发明又提供了不耐高温器件的印制板保护罩的应用，使用所述的不耐高温器件的印制板保护罩，通过把所述护罩焊接在印制板上不耐高温器件的外围，该不耐高温器件与耐高温器件一起通过回流焊工艺进行印制板装配。
由于印制板装配基本采用回流焊过程，不耐高温器件由于耐温值偏低，无法适用回流焊工艺，增加了印制板装配过程的工序和成本。通过不耐高温器件的印制板保护罩的应用，可以实现不耐高温器件的回流焊工艺，减少了印制板装配的工序，提高印制板装配的生产效率，大大降低了产品的生产成本。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.不耐高温器件的印制板保护罩制备方法，其特征在于，该方法包括：
选择保护罩的增材保护材料，根据增材保护材料的特性和回流焊传热原理，构建对流传热模型；
根据所述对流传热模型，通过热仿真，构建印制板上不耐高温器件保护罩尺寸模型；根据所述不耐高温器件保护罩尺寸模型，得到印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸；
根据不耐高温器件的保护罩尺寸，在印制板上布置焊盘，通过焊盘将保护罩焊接在印制板的不耐高温器件外围；
所述对流传热模型为：
其中，hm为平均对流传热系数；D为圆形喷嘴直径；λ为空气导热系数；H为喷嘴到被冲击表面的高度；ReD为雷诺数；NuD为努赛尔系数；
所述保护罩底部镀涂凸点，所述凸点尺寸为焊盘面积的60％～80％；
所述焊盘采用点阵式焊盘结构。
2.根据权利要求1所述的不耐高温器件的印制板保护罩制备方法，其特征在于，所述保护罩的增材保护材料为金属材料。
3.根据权利要求1所述的不耐高温器件的印制板保护罩制备方法，其特征在于，印制板上不耐高温器件的保护罩形状为下端开口的矩形腔体。
4.根据权利要求3所述的不耐高温器件的印制板保护罩制备方法，其特征在于，印制板上不耐高温器件的保护罩尺寸：保护罩长度大于不耐高温器件长度+3mm，小于不耐高温器件长度+8mm；保护罩宽度大于不耐高温器件宽度+3mm，小于不耐高温器件宽度+8mm；保护罩高度大于不耐高温器件高度+3mm，小于不耐高温器件高度+8mm；保护罩厚度为1.5mm～2.5mm。
5.根据权利要求1所述的不耐高温器件的印制板保护罩制备方法，其特征在于，在所述凸点上镀铜，镀铜之后再镀镍；最后镀锡。
6.不耐高温器件的印制板保护罩，其特征在于，该保护罩是使用如权利要求1至5中任一所述的不耐高温器件的印制板保护罩制备方法制作而成；该保护罩是一个下端开口的矩形腔体，该保护罩用于焊接在印制板上不耐高温器件的外围。
7.不耐高温器件的印制板保护罩的应用，其特征在于，使用如权利要求6所述的不耐高温器件的印制板保护罩，通过把所述护罩焊接在印制板上不耐高温器件的外围，该不耐高温器件与耐高温器件一起通过回流焊工艺进行印制板装配。
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