焊點工程師指南

2021-03-30

焊點是（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。在組裝和測試過程中，很大一部分問題可能源于焊點和制造過程中使用的方法。焊接是通過熔化并將填充金屬（焊料）放入接縫中來將兩個或多個項目連接在一起的過程，該填充金屬的熔點比相鄰金屬的熔點低。這使您的電壓和信號可以通過您在PCB上設計的不同電阻器，電容器，IC和其他組件。

制作焊點的常用方法

波峰焊，回流焊和手工焊是創建焊點的最常見形式。在波峰焊過程中，零件會插入鍍通孔中，有時會事先進行修剪和準備。然后，填充的PCB在波峰焊機中的流動焊料上通過導軌系統移動。在這臺機器中，有一波熔化的焊料，其引線和電路板的底部接觸。這會在引腳和焊盤上產生焊料，但不會在PCB本身上產生焊料。

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去施加到墊上。然后使用拾放機將組件放置在焊盤上。粘貼可確保組件粘在板上。之后，通過流過回流焊爐加熱電路板以使其熔化并形成焊點。

焊點標準

該行業開始使用含鉛焊料，但由于對環境的關注，許多公司和實體正在轉向使用無鉛焊料。無鉛焊料在更高的溫度下會熔化，與含鉛焊料相比，它帶來了許多挑戰。Vinatronic將該文章整理成一個焊點可接受性備忘單，供管理人員，設計師，工程師和業余愛好者識別常見的缺陷，并允許他們對PCB組件的焊點進行故障排除。

IPC-610：電子組件的可接受性是質量的金標準。如果您沒有副本，我們強烈建議您購買一份。該文檔提供了焊接標準，并且經常有不同可接受性類別中的缺陷示例。IPC的團隊不斷更新此標準，并且只會隨著時間的推移而不斷改進。

常見的無鉛焊點缺陷

冷焊

橋接

焊錫跳過

焊錫覆蓋不足或過多

焊點過熱

組件損壞

墓碑

錫球

圓角提升通孔

爆米花/開裂

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

您可以通過冷淡和不均勻的外觀來識別冷焊料。通常，這是由于焊點上使用的熱量不足而無法完全融化所致。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型的焊料（無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，波高或持續時間不正確。有時，較冷的焊點仍會形成功能板，但絕對會引起可靠性問題。長時間使用后，這些接頭可能會失效。

橋接

當跨兩個焊盤的焊料連接在一起時，稱為橋接。這造成電路短路。這通常是由模板印刷過程或組件放置中的問題引起的。如果施加了過多的焊料，則將元件放置在板上后，它可能會擠出并連接這兩個區域。

焊點跳過

如果零件沒有焊料，則稱為跳過。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多

一些新的業余愛好者/工程師施加了過多的焊料以至于過度補償，從而導致焊盤或引腳上的焊錫球膨脹。這是可靠性問題，應該注意。

另一方面，焊料量不足可能會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接觸。

焊點過熱

施加大量熱量可能會燒傷組件，焊盤或其他元件。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

過多的熱量可能會使組件中的元素融化，并使它們失效，甚至變得危險。通過回流焊爐可能會對濕敏設備（MSD）造成負擔，除非對它們進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可能導致回流時部件本體破裂或爆米花。

墓碑

這是零件傾斜抬起的時候。SMT板上的零件放置或通孔中的波高可能是一個問題。

錫球

通常，這是在回流期間過多的焊料變成球形時。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?，但可能需要進行后續的光學或X射線目視檢查。

圓角提升通孔

特別是無鉛焊接，有時會導致THT引線中的圓角隆起。有時，墊子也可能與圓角一起從層壓板中拉開。盡管在大多數情況下，此故障不會導致焊點缺陷或電氣故障。引起這種擔憂的原因與PCB在焊接和無鉛材料固化過程中發生的膨脹和收縮有關。IPC 610D檢驗標準涵蓋了此過程問題。

爆米花/零件開裂

規格不正確或組件使用不當可能會導致回流焊過程中爆米花或破裂。通常在使用含鉛組件進行無鉛處理時。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間。

表面腐蝕和銅枝晶

過量的助焊劑和表面清潔度對于獲得良好的焊點非常重要。PCB表面的污染物會導致腐蝕。

銅樹枝狀晶體的形成會導致PCBA中的間歇性故障。在無鉛焊接中，可能會使用無VOC的助焊劑，這會導致更多問題。根本原因是殘留在板上的助焊劑殘留物，當板上經受高溫和高濕時，助焊劑殘留物會形成一條穿過濕氣層的導電路徑。

錫晶須

錫晶須是一個復雜的問題，可能需要整頁專門處理，但為簡單起見，電路板表面的錫涂層通常會導致錫晶須的生長，從而使相鄰的走線和焊盤短路。晶須主要是由于在電鍍過程中形成的應力而產生的。

墊起重

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

錫膏未重熔

較低的焊錫溫度會導致焊膏不回流或回流不完全。溫度不足會導致焊盤或組件引線不潤濕。當組件終止點在足夠的持續時間內未能達到峰值回流溫度時，可能會發生這種情況。電路板的填充方式及其尺寸可能會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，但為了可靠地組裝，形成焊點的組件必須保持在高于熔點的溫度下。

PCB分層

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

排氣和氣孔

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