焊点工程师指南

2021-03-30

焊点是（如果不是最重要的）决定设计和PCB是否正常工作的因素之一。在组装和测试过程中，很(hěn)大一部分(fēn)问题可(kě)能(néng)源于焊点和制造过程中使用(yòng)的方法。焊接是通过熔化并将填充金属（焊料）放入接缝中来将两个或多(duō)个项目连接在一起的过程，该填充金属的熔点比相邻金属的熔点低。这使您的電(diàn)压和信号可(kě)以通过您在PCB上设计的不同電(diàn)阻器，電(diàn)容器，IC和其他(tā)组件。

制作焊点的常用(yòng)方法

波峰焊，回流焊和手工焊是创建焊点的最常见形式。在波峰焊过程中，零件会插入镀通孔中，有(yǒu)时会事先进行修剪和准备。然后，填充的PCB在波峰焊机中的流动焊料上通过导轨系统移动。在这台机器中，有(yǒu)一波熔化的焊料，其引線(xiàn)和電(diàn)路板的底部接触。这会在引脚和焊盘上产生焊料，但不会在PCB本身上产生焊料。

回流焊主要用(yòng)于SMT组件。这是一种利用(yòng)焊膏的工艺，该焊膏是预合金焊粉和具有(yǒu)粘性的牙膏的助焊剂的混合物(wù)。模版和刮板系统仅用(yòng)于将过去施加到垫上。然后使用(yòng)拾放机将组件放置在焊盘上。粘贴可(kě)确保组件粘在板上。之后，通过流过回流焊炉加热電(diàn)路板以使其熔化并形成焊点。

焊点标准

该行业开始使用(yòng)含铅焊料，但由于对环境的关注，许多(duō)公司和实體(tǐ)正在转向使用(yòng)无铅焊料。无铅焊料在更高的温度下会熔化，与含铅焊料相比，它带来了许多(duō)挑战。Vinatronic将该文(wén)章整理(lǐ)成一个焊点可(kě)接受性备忘单，供管理(lǐ)人员，设计师，工程师和业余爱好者识别常见的缺陷，并允许他(tā)们对PCB组件的焊点进行故障排除。

IPC-610：電(diàn)子组件的可(kě)接受性是质量的金标准。如果您没有(yǒu)副本，我们强烈建议您購(gòu)买一份。该文(wén)档提供了焊接标准，并且经常有(yǒu)不同可(kě)接受性类别中的缺陷示例。IPC的团队不断更新(xīn)此标准，并且只会随着时间的推移而不断改进。

常见的无铅焊点缺陷

冷焊

桥接

焊锡跳过

焊锡覆盖不足或过多(duō)

焊点过热

组件损坏

墓碑

锡球

圆角提升通孔

爆米花(huā)/开裂

表面腐蚀和铜枝晶

锡晶须

垫抬起

锡膏未重熔

PCB分(fēn)层

排气和气孔

冷焊点

您可(kě)以通过冷淡和不均匀的外观来识别冷焊料。通常，这是由于焊点上使用(yòng)的热量不足而无法完全融化所致。烙铁或接缝本身未充分(fēn)加热。确保检查烙铁的温度，并确保将其设置得足够高以熔化特定类型的焊料（无铅焊料的熔化温度更高）。较大的板可(kě)能(néng)还需要在回流焊炉中花(huā)费更多(duō)的时间，才能(néng)使SMT零件的温度达到均匀。在波峰焊机中，这也可(kě)能(néng)表示热量，角度，波高或持续时间不正确。有(yǒu)时，较冷的焊点仍会形成功能(néng)板，但绝对会引起可(kě)靠性问题。長(cháng)时间使用(yòng)后，这些接头可(kě)能(néng)会失效。

桥接

当跨两个焊盘的焊料连接在一起时，称為(wèi)桥接。这造成電(diàn)路短路。这通常是由模板印刷过程或组件放置中的问题引起的。如果施加了过多(duō)的焊料，则将元件放置在板上后，它可(kě)能(néng)会挤出并连接这两个區(qū)域。

焊点跳过

如果零件没有(yǒu)焊料，则称為(wèi)跳过。这可(kě)能(néng)是由于焊膏使用(yòng)不当，或者是由于通孔接头未正确穿过波峰（波高，角度，速度不正确）引起的。也可(kě)能(néng)是由于通量不足所致。

焊锡覆盖率不足或过多(duō)

一些新(xīn)的业余爱好者/工程师施加了过多(duō)的焊料以至于过度补偿，从而导致焊盘或引脚上的焊锡球膨胀。这是可(kě)靠性问题，应该注意。

另一方面，焊料量不足可(kě)能(néng)会导致電(diàn)路板的功能(néng)断断续续或功能(néng)不正常。确保通孔引脚具有(yǒu)足够的360度焊料，并且SMT部件具有(yǒu)足够的焊料以与焊盘接触。

焊点过热

施加大量热量可(kě)能(néng)会烧伤组件，焊盘或其他(tā)元件。请注意是否变色，并确保正确设置温度以防止损坏。

组件损坏

过多(duō)的热量可(kě)能(néng)会使组件中的元素融化，并使它们失效，甚至变得危险。通过回流焊炉可(kě)能(néng)会对湿敏设备（MSD）造成负担，除非对它们进行适当包装以防止其受到处理(lǐ)或破裂而造成的机械损坏。暴露于高湿度下的MSD可(kě)能(néng)导致回流时部件本體(tǐ)破裂或爆米花(huā)。

墓碑

这是零件倾斜抬起的时候。SMT板上的零件放置或通孔中的波高可(kě)能(néng)是一个问题。

锡球

通常，这是在回流期间过多(duō)的焊料变成球形时。焊球将绝缘间隔距离减小(xiǎo)到要求的最小(xiǎo)值以下。可(kě)以使用(yòng)高压气枪将其卸下，但可(kě)能(néng)需要进行后续的光學(xué)或X射線(xiàn)目视检查。

圆角提升通孔

特别是无铅焊接，有(yǒu)时会导致THT引線(xiàn)中的圆角隆起。有(yǒu)时，垫子也可(kě)能(néng)与圆角一起从层压板中拉开。尽管在大多(duō)数情况下，此故障不会导致焊点缺陷或電(diàn)气故障。引起这种担忧的原因与PCB在焊接和无铅材料固化过程中发生的膨胀和收缩有(yǒu)关。IPC 610D检验标准涵盖了此过程问题。

爆米花(huā)/零件开裂

规格不正确或组件使用(yòng)不当可(kě)能(néng)会导致回流焊过程中爆米花(huā)或破裂。通常在使用(yòng)含铅组件进行无铅处理(lǐ)时。这也可(kě)能(néng)是由于未遵循组件制造商(shāng)建议的最高焊接温度和持续时间。

表面腐蚀和铜枝晶

过量的助焊剂和表面清洁度对于获得良好的焊点非常重要。PCB表面的污染物(wù)会导致腐蚀。

铜树枝状晶體(tǐ)的形成会导致PCBA中的间歇性故障。在无铅焊接中，可(kě)能(néng)会使用(yòng)无VOC的助焊剂，这会导致更多(duō)问题。根本原因是残留在板上的助焊剂残留物(wù)，当板上经受高温和高湿时，助焊剂残留物(wù)会形成一条穿过湿气层的导電(diàn)路径。

锡晶须

锡晶须是一个复杂的问题，可(kě)能(néng)需要整页专门处理(lǐ)，但為(wèi)简单起见，電(diàn)路板表面的锡涂层通常会导致锡晶须的生長(cháng)，从而使相邻的走線(xiàn)和焊盘短路。晶须主要是由于在電(diàn)镀过程中形成的应力而产生的。

垫起重

焊接过程中的高温会导致PCB材料膨胀和变形。甚至可(kě)以在衬垫上施加压力。这可(kě)能(néng)会导致垫从板的表面抬起或圆角从垫上抬起。圆角在此过程中也可(kě)能(néng)会撕裂。层压板和焊料中的这种收缩和膨胀是焊盘抬起的主要原因。

锡膏未重熔

较低的焊锡温度会导致焊膏不回流或回流不完全。温度不足会导致焊盘或组件引線(xiàn)不润湿。当组件终止点在足够的持续时间内未能(néng)达到峰值回流温度时，可(kě)能(néng)会发生这种情况。電(diàn)路板的填充方式及其尺寸可(kě)能(néng)会导致不同區(qū)域的加热方式有(yǒu)所不同。尽管仅需几秒(miǎo)钟即可(kě)形成可(kě)靠的焊点，但為(wèi)了可(kě)靠地组装，形成焊点的组件必须保持在高于熔点的温度下。

PCB分(fēn)层

PCB的分(fēn)层可(kě)视為(wèi)板上的气泡或气隙。当来自電(diàn)路板材料的水蒸气在焊接过程中被加热时膨胀并逸出时，可(kě)能(néng)会形成这种现象。无铅焊接需要更高的温度和更多(duō)的能(néng)量，并且在回流过程中，如果板上的水分(fēn)膨胀，PCB材料可(kě)能(néng)会分(fēn)层。这可(kě)以在组装之前通过烤盘固定。

排气和气孔

与分(fēn)层类似，脱气和气孔可(kě)能(néng)是裸板中含有(yǒu)水分(fēn)的过程指标。少量吸收到板上的液體(tǐ)会在焊接过程中膨胀，并从電(diàn)镀通孔中逸出气體(tǐ)。在这些高温下，液态变成气态并释放出来。由于外部的焊料会先变硬，因此可(kě)能(néng)会在端子的底部看到孔/空隙。逸出的气體(tǐ)会导致针孔，气孔或空隙，其大小(xiǎo)与释放出的气體(tǐ)的體(tǐ)积有(yǒu)关。