Box封装的OSA基本上采用电气互联软板FPC和PCBA,焊接二者的方式有手动焊接、热压焊接、激光焊接。
手动焊接基本已经被淘汰,不只是因为技术过难,更因为光模块内软板的pin极多,要保障良品率和一致性。
行业现在使用是方便好操作的热压焊接,而最后的激光焊接技术还未成熟,并不被行业大众接受。
热压焊接,Hotbar,指的是控制软板,将其压在Box或者PCBA上,随后进行加热焊接。
这是一项流传已久的工艺,效率极高,良率也是优秀的,行业内基本上都可以说是依靠热压焊,完成软板焊接。
将软板压到PCBA上的热压头,是由钼、钛等高电阻合金材料构成,长度长于焊垫以确保焊点都能与锡接触,宽度窄于焊垫以流出溢锡空间。
热压头在两端释放脉冲电流,经由高阻材料化成热量,在热压头上装载的有热电偶,用来监控温度,闭环控制脉冲电流大小。
热压头为核心器件,软板和PCBA夹具构成上料区,上料完成后,在PCBA上刷上一层助焊剂,观察显微镜图像,拧动底部调整架来对齐软板和PCBA上的pin。
接下来交由设备进行预热、回焊、冷却三个阶段,完成后注入压缩空气加速冷却。一台设备对应两个上料区,一个进行上料,一个焊接,双工作业,仅需10秒,效率极高。
使用机器视觉的Pin脚对准方案,计算好位移量后,电机调整一步到位。
激光焊接最大的特点是焊接时不接触焊盘,对高密度pin软板焊接有优势,当然也有缺点,比如激光照射均匀性比较难保证,效率低,成本高。
如何评估软板焊接的可靠性?
从外观上,可以在显微镜下观察焊点情况,但是虚焊、冷焊往往发生在那些看不到的焊点内部,如果有条件的话,可以做下X光检查,关注下内测的焊接情况。有追求的厂家还会进行Pin与Pin之间的遍历性电阻测试,对发现、定位问题非常有效,当然这个测试比较费钱费时间,一般都是被市场失效逼得没办法才做的。
热压焊设备在开机后会做热敏纸测试,具体判定标准我不太清楚,大概的目的是要确保热压头的温度一致性。
破坏性测试上,可以将软板从PCBA上撕下来,在显微镜下观察撕裂面。良好的焊接应当是PCBA的每一个焊垫上都能看到软板残留,就是说软板是被撕破或者撕裂了。如果PCBA焊垫上没有软板残留,就要观察确认焊垫上的焊锡表面应当是不规则的粗糙面,同时软板侧的焊垫上应该有焊锡残留。如果发现软板和PCBA中任何一个的焊锡表面是光滑的亮面,就要判定焊接不合格。撕软板的测试实行起来很简单,建议首件检查时做下。至于焊点切片分析,比较高端,多数都在研发阶段做。
最后,软板焊接的失效很多时候都是长期的,也就是产品在市场经过温湿度变化环境后才会逐步暴露出来。虚焊、冷焊引发的产品失效往往还是间歇性的,一时好,一时坏,会引起网络的闪断却很难定位,是一种很让人心烦的失效模式,所以极其不建议使用手动焊接。
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