三、軍標對軍用PCBA“片式元器件堆疊安裝”的規定
為防止影響元器件安裝可靠性:
①QJ 3086—1999第5.5.2條規定:無引線元器件應直接焊接到印制電路板上,元器件不應重疊安放,也不應橋接在其他零件或元器件(如導線引出端或其他正確安裝的元器件)的空隙上。
②QJ 3172—2003第5.1.1.1條規定:元器件應處于電路板兩焊盤中間,片式元器件不應重疊或側立安放,也不應橋接在其他元器件(如導線引出端或其他正確安裝的元器件)的空隙上。
③QJ 165B—2014第5.4.3.1條重申元器件表面安裝應符合QJ 3086的要求。
四、分析
1.3級產品不允許片式元器件堆疊安裝
除QJ 3086—1999,QJ 3172—2003和QJ 165B—2014這些航天標準明確規定不允許“片式元器件堆疊安裝”外,GJB 3243—1998《電子元器件表面安裝要求》、GJB 3835—1999《表面安裝印制板組裝件通用要求》和SJ 20385A—2008《軍用電子設備電氣裝配技術要求》,以及作為“具有工藝控制技術”的IPC-J-STD-001F—2014均不允許和提到3級產品“片式元器件可以堆疊安裝”,在這些標準中,片式元器件的安裝方式都是一致的,軍標規定的片式元器件安裝方式如圖3所示。即使與GJB/Z 163—2012為同一個主編的SJ 20882—2003《印制電路板組裝件裝焊工藝要求》中也沒有提到允許“片式元器件堆疊安裝”。

圖3 軍標規定的片式元器件安裝方式
“片式元器件堆疊安裝”的內容僅在IPC-610D(E)中有。
2011年12月,通過國家鑒定和驗收的國防科工局下達的,由中國電科編制的《PCBA焊接工藝質量控制通用要求》(已于2012年初下發電科各研究所執行)中也已經把“片式元器件堆疊安裝和側立安裝”作為禁用工藝。并在2011年12月已經通過國家鑒定和驗收的國防科工局下達的,由中國電科編制的《PCBA焊接質量可接受判據》中把片式元器件堆疊焊接、并列焊接和外接焊接作為焊接不合格缺陷處理,如圖4所示。

圖4 焊接不合格
2.關于片式元器件的“堆疊”安裝焊接
片式元器件的“堆疊”安裝焊接在IPC-A-610C—2001里還沒有出現,因此以IPCA-610C為藍本的SJ 20882—2003《印制電路板組裝件裝焊工藝要求》中也沒有提到“片式元器件堆疊安裝”;2005年出版的IPC-A-610D提到了“片式元器件堆疊安裝”,GJB/Z 163—2012的主編立刻在軍標里加入了“片式元器件堆疊安裝”;而對軍品上已經廣泛使用,可靠性很高的QFN元器件則沒有提及。
2010年,IPC-A-610E提出了“表面貼裝面陣列”——堆疊,如圖5所示,這是由Bob Willis所著的《封裝上的封裝(POP)——封裝的疊裝》提供了其他的封裝疊裝工藝指南。

圖5 IPC-A-610E提出了“表面貼裝面陣列”——堆疊
POP——堆疊組裝技術是2003年由環球公司引進的,在SMT向post-SMT的過渡階段,板級電路組裝焊接中出現了芯片級堆疊裝配技術(PIP)、元器件級堆疊裝配技術(POP)、板級堆疊裝配技術、“細微焊接”技術和FPC組裝技術。
堆疊裝配技術是板級電子組裝從2級向1.5級跨越的里程碑,是板級電子組裝與半導體組裝的最新結合形式,是板級電路高密度組裝的最新成果。堆疊裝配技術按其結構特征可分為以下3類。
1)元器件內置元器件堆疊裝配(Package In Package,PIP),如圖6所示。

圖6 元器件內置元器件堆疊裝配
2)元器件堆疊裝配(Package On Package,POP),如圖7所示。元器件堆疊裝配示意圖如圖8所示。

圖7 元器件堆疊裝配

圖8 元器件堆疊裝配示意圖
元器件堆疊裝配(POP)的基本特征是充分利用元器件的下方空間,在元器件下面再放置元器件;元器件的組合可自由選擇,堆疊裝配成本可降至最低;元器件堆疊裝配(POP)需要有復雜的工藝流程和裝配技術。圖9所示是高密度印制電路板采用雙面四層“疊層”組裝產品。

圖9 高密度印制電路板采用雙面四層“疊層”組裝產品
3)板級堆疊裝配示意圖如圖10所示。

圖10 板級堆疊裝配示意圖
①板級堆疊裝配“沿用”MCM芯片級組裝中的垂直互連、側向互連、凸點互連等多種互連技術,實現電路板之間的堆疊裝配,以板級為基礎在設備內部空間實現印制電路板之間的堆疊裝配,應用板級之間的“錯位”設計技術,從而大量減少傳輸器和連接導線,大幅度縮小設備的體積。
②板級堆疊裝配以表面組裝技術為基礎技術,其突出標志是在垂直方向(Z方向)上安裝高密度元器件,主要應用元器件為超薄型SCSP和微小型0201、01005元器件和公制03015,主要應用焊接技術為回流焊及TAB、WB和F4技術;板級堆疊裝配的板級間距離視元器件厚度而定,一般小于0.5mm。
③基板材料一般采用CEPGC-32F阻燃型覆銅箔環氧玻璃布層壓板(FR-4)和撓性積層板(FPC)。