影响PCB焊点强度的因素

2020-04-18

将元器件焊接到在PCB上，電(diàn)路板将必须经历手动或自动焊接过程。在这里重要的是要了解影响PCB焊点强度的因素。

其中一些因素与您的布局有(yǒu)关，而另一些因素与焊接过程本身有(yǒu)关。两者实际上是相关的，一些简单的设计选择可(kě)以帮助确保您的焊点牢固，在回流焊接过程中组件不会损坏，并且没有(yǒu)意外的桥接。大量的人工返工会严重延長(cháng)您的交货时间，但是使用(yòng)正确的CM将有(yǒu)助于确保您的设计不会遇到会影响PCB焊点强度的常见问题。

焊锡质量：温度分(fēn)布，润湿和助焊剂

并非所有(yǒu)的焊料合金都是一样的。锡铅焊料混合物(wù)过去被普遍使用(yòng)。这些焊料混合物(wù)在大约180-190°C的温度下熔化，该温度接近或高于许多(duō)PCB层压板的玻璃化转变温度。由于铅会对我们的健康产生某些破坏性影响，因此，根据欧盟的《電(diàn)气和電(diàn)子设备中有(yǒu)害物(wù)质限制（RoHS）指令》，该行业正在从铅转向无铅焊料。无铅和银合金焊料在更高的温度（分(fēn)别為(wèi)〜220°C和〜450°C）下熔化。

无论使用(yòng)哪种类型的焊料，温度及其润湿表面的能(néng)力都会影响PCB焊料的接合强度。此外，如果使用(yòng)的助焊剂类型不正确，每种类型的焊料都可(kě)能(néng)形成氧化物(wù)，这也会降低PCB焊接点的强度。

助焊剂和氧化

大多(duō)数PCB贴片商(shāng)不是化學(xué)家，但有(yǒu)助于了解一些基本化學(xué)知识，以了解助焊剂的价值。在焊接过程中，熔融焊料形成热共晶，并且熔融焊料容易与氧气反应形成氧化物(wù)。与金属氧化物(wù)相比，金属氧化物(wù)往往具有(yǒu)较低的机械强度。

助焊剂的使用(yòng)旨在抑制氧化，并在组装过程中将焊料吸到目标區(qū)域。助焊剂的另一个优点是，它有(yǒu)助于清洁任何油性残留物(wù)區(qū)域。在PCB组装期间，正确的助焊剂和足够的助焊剂必须与正确的焊料类型匹配。

温度和润湿

加热焊料时，金属混合物(wù)形成热共晶并润湿焊盘（对于SMT组件）或过孔（对于通孔组件）的表面。润湿过程中熔融焊料的表面张力会将焊料在组件边缘拉成凸起的“圆角”形状，并且一旦移除热源，焊料就会冷却。但是，如果在加热过程中焊料温度太低，则焊料将不会形成充分(fēn)混合的低共熔物(wù)，并且会凝固成冷焊点。

由于共晶混合不充分(fēn)，冷接头的表面无光泽，有(yǒu)斑点，强度低。焊接过程中接头上的热量不足可(kě)能(néng)是由于以下两种可(kě)能(néng)的原因之一：

烙铁温度不足：对于所使用(yòng)的焊料类型，烙铁温度过低。

过多(duō)的散热：焊接点散发的热量过多(duō)，从而降低了焊接过程中共晶的温度。

关于以上第二点，如果将焊盘或走線(xiàn)连接到较大的接地层，则会形成冷连接。通过通孔直接连接到平面而没有(yǒu)散热的焊盘将热量从烙铁散发到平面上。如果在设计阶段未正确解决问题，则随着时间的流逝，缝隙中可(kě)能(néng)会形成裂纹，最终导致故障。

您是否应使用(yòng)散热片来增强PCB焊点强度？

散热孔是简单的结构。这些是连接大焊盘和平面层之间的标准通孔，并且在一层或两层中从通孔焊盘中删除了扇區(qū)。在電(diàn)气上，它们的作用(yòng)与其他(tā)任何通孔一样，直到进入10s GHz频率范围。但是，出于各种原因，一些设计师只是忽略了它们。除了冷焊点和其他(tā)焊锡缺陷之外，如果在关键位置不使用(yòng)散热孔，还会发生以下情况：

损坏

在SMT组件上，不均匀的焊点温度和润湿性也会导致损坏破裂。发生这种情况时，焊球的一端完全浸湿，然后在另一端开始冷却。浸湿的焊球的表面张力会拉动组件，并将其与另一个焊盘分(fēn)开。在极端情况下，这可(kě)能(néng)会导致组件像损坏一样直立在湿端。

这通常在将SMT组件焊接到连接到平面的大焊盘上时发生。同样，带有(yǒu)表面地面倒胶的组件也可(kě)以直接焊接到地面倒胶上。尽管这是電(diàn)气上正确的设计选择，但很(hěn)难或不可(kě)能(néng)正确地进行焊接，从而导致焊点变冷。

标准解决方案是在连接到大焊盘或平面的SMT组件的末端添加散热孔。散热孔不会将热量迅速散布到导體(tǐ)中，而是将热量限制在SMT组件的末端附近，从而确保在焊接过程中有(yǒu)足够的热量和润湿性。

贴片式散热桨

许多(duō)在操作过程中会产生大量热量的组件将包含一个贴片式桨板，以将热量从组件中带走。在这些焊盘上使用(yòng)过孔，以為(wèi)组件提供均匀的接地层连接，并将热量转移到接地层中。散热片在贴片焊盘上起反作用(yòng)，应使用(yòng)典型的过孔。此处重要的一点是通孔的尺寸以及通孔之间的间距会影响组件能(néng)否以较高的机械强度正确地连接，并且不会在通孔中产生焊料芯吸。

理(lǐ)想情况下，应将散热垫和设计中其他(tā)位置的通孔数量减至最少，以减少钻头磨损和制造成本。如果通孔太小(xiǎo)，则需要较小(xiǎo)的钻头，这会花(huā)费更長(cháng)的钻孔时间和更高的制造成本。另外，非常小(xiǎo)的通孔会带来艰巨的清洁和電(diàn)镀过程。有(yǒu)经验的CM可(kě)以推荐合适的通孔尺寸，以降低制造成本，这将确保在操作过程中散发足够的热量而不会影响强度。