焊點(diǎn)工程師指南

2021-03-30

焊點(diǎn)是（如果不是最重要的）決定設計和PCB是否正常工作的因素之一。在組裝和測試過(guò)程中，很大一部分問(wèn)題可能源于焊點(diǎn)和制造過(guò)程中使用的方法。焊接是通過(guò)熔化并將填充金屬（焊料）放入接縫中來(lái)將兩個(gè)或多個(gè)項目連接在一起的過(guò)程，該填充金屬的熔點(diǎn)比相鄰金屬的熔點(diǎn)低。這使您的電壓和信號可以通過(guò)您在PCB上設計的不同電阻器，電容器，IC和其他組件。

制作焊點(diǎn)的常用方法

波峰焊，回流焊和手工焊是創(chuàng )建焊點(diǎn)的最常見(jiàn)形式。在波峰焊過(guò)程中，零件會(huì )插入鍍通孔中，有時(shí)會(huì )事先進(jìn)行修剪和準備。然后，填充的PCB在波峰焊機中的流動(dòng)焊料上通過(guò)導軌系統移動(dòng)。在這臺機器中，有一波熔化的焊料，其引線(xiàn)和電路板的底部接觸。這會(huì )在引腳和焊盤(pán)上產(chǎn)生焊料，但不會(huì )在PCB本身上產(chǎn)生焊料。

回流焊主要用于SMT組件。這是一種利用焊膏的工藝，該焊膏是預合金焊粉和具有粘性的牙膏的助焊劑的混合物。模版和刮板系統僅用于將過(guò)去施加到墊上。然后使用拾放機將組件放置在焊盤(pán)上。粘貼可確保組件粘在板上。之后，通過(guò)流過(guò)回流焊爐加熱電路板以使其熔化并形成焊點(diǎn)。

焊點(diǎn)標準

該行業(yè)開(kāi)始使用含鉛焊料，但由于對環(huán)境的關(guān)注，許多公司和實(shí)體正在轉向使用無(wú)鉛焊料。無(wú)鉛焊料在更高的溫度下會(huì )熔化，與含鉛焊料相比，它帶來(lái)了許多挑戰。Vinatronic將該文章整理成一個(gè)焊點(diǎn)可接受性備忘單，供管理人員，設計師，工程師和業(yè)余愛(ài)好者識別常見(jiàn)的缺陷，并允許他們對PCB組件的焊點(diǎn)進(jìn)行故障排除。

IPC-610：電子組件的可接受性是質(zhì)量的金標準。如果您沒(méi)有副本，我們強烈建議您購買(mǎi)一份。該文檔提供了焊接標準，并且經(jīng)常有不同可接受性類(lèi)別中的缺陷示例。IPC的團隊不斷更新此標準，并且只會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而不斷改進(jìn)。

常見(jiàn)的無(wú)鉛焊點(diǎn)缺陷

冷焊

橋接

焊錫跳過(guò)

焊錫覆蓋不足或過(guò)多

焊點(diǎn)過(guò)熱

組件損壞

墓碑

錫球

圓角提升通孔

爆米花/開(kāi)裂

表面腐蝕和銅枝晶

錫晶須

墊抬起

錫膏未重熔

PCB分層

排氣和氣孔

冷焊點(diǎn)

您可以通過(guò)冷淡和不均勻的外觀(guān)來(lái)識別冷焊料。通常，這是由于焊點(diǎn)上使用的熱量不足而無(wú)法完全融化所致。烙鐵或接縫本身未充分加熱。確保檢查烙鐵的溫度，并確保將其設置得足夠高以熔化特定類(lèi)型的焊料（無(wú)鉛焊料的熔化溫度更高）。較大的板可能還需要在回流焊爐中花費更多的時(shí)間，才能使SMT零件的溫度達到均勻。在波峰焊機中，這也可能表示熱量，角度，波高或持續時(shí)間不正確。有時(shí)，較冷的焊點(diǎn)仍會(huì )形成功能板，但絕對會(huì )引起可靠性問(wèn)題。長(cháng)時(shí)間使用后，這些接頭可能會(huì )失效。

橋接

當跨兩個(gè)焊盤(pán)的焊料連接在一起時(shí)，稱(chēng)為橋接。這造成電路短路。這通常是由模板印刷過(guò)程或組件放置中的問(wèn)題引起的。如果施加了過(guò)多的焊料，則將元件放置在板上后，它可能會(huì )擠出并連接這兩個(gè)區域。

焊點(diǎn)跳過(guò)

如果零件沒(méi)有焊料，則稱(chēng)為跳過(guò)。這可能是由于焊膏使用不當，或者是由于通孔接頭未正確穿過(guò)波峰（波高，角度，速度不正確）引起的。也可能是由于通量不足所致。

焊錫覆蓋率不足或過(guò)多

一些新的業(yè)余愛(ài)好者/工程師施加了過(guò)多的焊料以至于過(guò)度補償，從而導致焊盤(pán)或引腳上的焊錫球膨脹。這是可靠性問(wèn)題，應該注意。

另一方面，焊料量不足可能會(huì )導致電路板的功能斷斷續續或功能不正常。確保通孔引腳具有足夠的360度焊料，并且SMT部件具有足夠的焊料以與焊盤(pán)接觸。

焊點(diǎn)過(guò)熱

施加大量熱量可能會(huì )燒傷組件，焊盤(pán)或其他元件。請注意是否變色，并確保正確設置溫度以防止損壞。

組件損壞

過(guò)多的熱量可能會(huì )使組件中的元素融化，并使它們失效，甚至變得危險。通過(guò)回流焊爐可能會(huì )對濕敏設備（MSD）造成負擔，除非對它們進(jìn)行適當包裝以防止其受到處理或破裂而造成的機械損壞。暴露于高濕度下的MSD可能導致回流時(shí)部件本體破裂或爆米花。

墓碑

這是零件傾斜抬起的時(shí)候。SMT板上的零件放置或通孔中的波高可能是一個(gè)問(wèn)題。

錫球

通常，這是在回流期間過(guò)多的焊料變成球形時(shí)。焊球將絕緣間隔距離減小到要求的最小值以下?？梢允褂酶邏簹鈽寣⑵湫断?，但可能需要進(jìn)行后續的光學(xué)或X射線(xiàn)目視檢查。

圓角提升通孔

特別是無(wú)鉛焊接，有時(shí)會(huì )導致THT引線(xiàn)中的圓角隆起。有時(shí)，墊子也可能與圓角一起從層壓板中拉開(kāi)。盡管在大多數情況下，此故障不會(huì )導致焊點(diǎn)缺陷或電氣故障。引起這種擔憂(yōu)的原因與PCB在焊接和無(wú)鉛材料固化過(guò)程中發(fā)生的膨脹和收縮有關(guān)。IPC 610D檢驗標準涵蓋了此過(guò)程問(wèn)題。

爆米花/零件開(kāi)裂

規格不正確或組件使用不當可能會(huì )導致回流焊過(guò)程中爆米花或破裂。通常在使用含鉛組件進(jìn)行無(wú)鉛處理時(shí)。這也可能是由于未遵循組件制造商建議的最高焊接溫度和持續時(shí)間。

表面腐蝕和銅枝晶

過(guò)量的助焊劑和表面清潔度對于獲得良好的焊點(diǎn)非常重要。PCB表面的污染物會(huì )導致腐蝕。

銅樹(shù)枝狀晶體的形成會(huì )導致PCBA中的間歇性故障。在無(wú)鉛焊接中，可能會(huì )使用無(wú)VOC的助焊劑，這會(huì )導致更多問(wèn)題。根本原因是殘留在板上的助焊劑殘留物，當板上經(jīng)受高溫和高濕時(shí)，助焊劑殘留物會(huì )形成一條穿過(guò)濕氣層的導電路徑。

錫晶須

錫晶須是一個(gè)復雜的問(wèn)題，可能需要整頁(yè)專(zhuān)門(mén)處理，但為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，電路板表面的錫涂層通常會(huì )導致錫晶須的生長(cháng)，從而使相鄰的走線(xiàn)和焊盤(pán)短路。晶須主要是由于在電鍍過(guò)程中形成的應力而產(chǎn)生的。

墊起重

焊接過(guò)程中的高溫會(huì )導致PCB材料膨脹和變形。甚至可以在襯墊上施加壓力。這可能會(huì )導致墊從板的表面抬起或圓角從墊上抬起。圓角在此過(guò)程中也可能會(huì )撕裂。層壓板和焊料中的這種收縮和膨脹是焊盤(pán)抬起的主要原因。

錫膏未重熔

較低的焊錫溫度會(huì )導致焊膏不回流或回流不完全。溫度不足會(huì )導致焊盤(pán)或組件引線(xiàn)不潤濕。當組件終止點(diǎn)在足夠的持續時(shí)間內未能達到峰值回流溫度時(shí)，可能會(huì )發(fā)生這種情況。電路板的填充方式及其尺寸可能會(huì )導致不同區域的加熱方式有所不同。盡管僅需幾秒鐘即可形成可靠的焊點(diǎn)，但為了可靠地組裝，形成焊點(diǎn)的組件必須保持在高于熔點(diǎn)的溫度下。

PCB分層

PCB的分層可視為板上的氣泡或氣隙。當來(lái)自電路板材料的水蒸氣在焊接過(guò)程中被加熱時(shí)膨脹并逸出時(shí)，可能會(huì )形成這種現象。無(wú)鉛焊接需要更高的溫度和更多的能量，并且在回流過(guò)程中，如果板上的水分膨脹，PCB材料可能會(huì )分層。這可以在組裝之前通過(guò)烤盤(pán)固定。

排氣和氣孔

與分層類(lèi)似，脫氣和氣孔可能是裸板中含有水分的過(guò)程指標。少量吸收到板上的液體會(huì )在焊接過(guò)程中膨脹，并從電鍍通孔中逸出氣體。在這些高溫下，液態(tài)變成氣態(tài)并釋放出來(lái)。由于外部的焊料會(huì )先變硬，因此可能會(huì )在端子的底部看到孔/空隙。逸出的氣體會(huì )導致針孔，氣孔或空隙，其大小與釋放出的氣體的體積有關(guān)。