一、概述

不能片面引用IPC標準為軍用電子產品電子裝聯的質量判據，尤其是航天產品中不能簡單地引用IPC標準。IPC標準與MIL標準之間存在一定的差距，不屬于同一個檔次，對于軍用電子產品，尤其是航天電子產品，如果IPC標準中的規定符合MIL標準規定的，我們可以采納，如果低于MIL標準規定的，則必須拋棄。

QJ標準及GJB標準很多內容及規定源于美國MIL標準，在軍事電子產品應用中長壽命、高可靠產品需執行QJ標準。 這是我們制定與軍用電子產品相關的標準必須予以密切注意的。不能將通用標準與軍標混為一談！

二、問題提出

1.GJB/Z 163—2012的規定

GJB/Z 163—2012《印制電路組件裝焊技術指南》，在第4.4.5節提出了矩形片式元器件堆疊安裝要求：矩形片式元器件滿足下列條件時，允許進行堆疊安裝。

①當需要將矩形片式元器件在印制電路板焊盤上堆疊安裝時，應將元器件最上邊的焊端區域變成下面一個元器件的焊盤處理。

②不同種類的元器件，如電容、電阻的堆疊安裝，需由設計按加工工藝條件確定。

③矩形片式元器件的堆疊安裝、焊接要求應參照并滿足4.4.5.1a）、4.4.5.2a）中的要求，正確的堆疊焊如圖1（a）所示。

④同類片式元器件最多允許堆疊3個，如圖1（b）所示，預先并焊接好后，再焊接到PCB相應焊盤上。

圖1堆疊焊（GJB/Z 163第4.4.5.3圖109）

2.IPC-610D的規定

實際上GJB/Z 163—2012提出的“矩形片式元器件滿足下列條件時，允許進行堆疊安裝”源自IPC-610D（E）：

IPC-610E的8.3.2.9.3矩形或方形端片式元器件—1、3或5面端子，端子異?！B裝中指出：這些要求適用于要求疊裝的場合。疊裝元器件時，元器件頂部端子區域成為上面堆疊的那個元器件的焊盤。可接受—1、2、3級。

●當圖紙允許時。

●堆疊順序滿足圖紙要求。

●堆疊的元器件滿足IPC-610E的表8-2中適用級別的驗收要求。

●側面偏移未妨礙所要求焊料填充的形成。

片式元器件堆疊安裝（IPC-610E圖8-48）如圖2所示。

圖2 片式元器件堆疊安裝（IPC-610E圖8-48）

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5IPC-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）。

五、三個問題

雖然進行了試驗，也做出了產品，但有3個問題需要解決：第一，在軍品PCBA的電路設計上基本沒有這個需求，也沒有設計技術，工藝上缺乏可靠的、有效的保障措施；第二，POP技術的可靠性和環境適應性能不能滿足軍品，尤其是航天航空高應力環境條件下的可靠性要求有待進一步驗證；第三，對多層堆疊封裝的返修是將要面臨的重大挑戰。

如何將需要返修的元器件移除并成功重新貼裝而不影響其他堆疊元器件和周圍元器件及電路板是值得我們研究的重要課題。雖然業界已有上下溫度可以單獨控制的返修臺，但很難不影響到其他堆疊元器件。很多時候可能需要將元器件全部移除后再重新貼裝。對于無鉛元器件，其焊盤返修過程中的重新整理本來就是一個問題，堆疊封裝的返修變得尤為困難，多次高溫帶來金屬氧化、焊盤剝離、元器件和基板的變形和損壞及金屬間化合物的過度生長等問題都不容忽視。因此，提出“表面貼裝面陣列”——堆疊的IPCA-610E，也說明“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”。國內也僅處于研究探索及在民用電子產品上使用，大部分使用在移動電話上。

如IPC-J-STD-001F所述：“標準應表達可制造性設計（DFM）與環境設計（DFE）的關系；對于POP技術，軍品上可以試驗，也可以應用，但必須經過充分驗證確保軍品可靠性時才能列入標準。

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