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，很大一部分问题可能源于焊点和制造过程中使用的方法。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。这使您的电压和信号可以通过您在PCB上设计的不同电阻器，电容器，IC和其他组件。

制作焊点的常用方法

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，有一波熔化的焊料，其引线和电路板的底部接触。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。

回流焊主要用于SMT组件。这是一种利用焊膏的工艺，该焊膏是预合金焊粉和具有粘性的牙膏的助焊剂的混合物。模版和刮板系统仅用于将过去施加到垫上。然后使用拾放机将组件放置在焊盘上。粘贴可确保组件粘在板上。之后，通过流过回流焊炉加热电路板以使其熔化并形成焊点。

焊点标准

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

IPC-610：电子组件的可接受性是质量的金标准。如果您没有副本，我们强烈建议您购买一份。该文档提供了焊接标准，并且经常有不同可接受性类别中的缺陷示例。IPC的团队不断更新此标准，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

焊点过热

组件损坏

墓碑

锡球

圆角提升通孔

爆米花/开裂

表面腐蚀和铜枝晶

锡晶须

垫抬起

锡膏未重熔

PCB分层

排气和气孔

冷焊点

您可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的热量不足而无法完全融化所致。烙铁或接缝本身未充分加热。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）。较大的板可能还需要在回流焊炉中花费更多的时间，才能使SMT零件的温度达到均匀。在波峰焊机中，这也可能表示热量，角度，波高或持续时间不正确。有时，较冷的焊点仍会形成功能板，但绝对会引起可靠性问题。长时间使用后，这些接头可能会失效。

桥接

当跨两个焊盘的焊料连接在一起时，称为桥接。这造成电路短路。这通常是由模板印刷过程或组件放置中的问题引起的。如果施加了过多的焊料，则将元件放置在板上后，它可能会挤出并连接这两个区域。

焊点跳过

如果零件没有焊料，则称为跳过。这可能是由于焊膏使用不当，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。也可能是由于通量不足所致。

焊锡覆盖率不足或过多

一些新的业余爱好者/工程师施加了过多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。这是可靠性问题，应该注意。

另一方面，焊料量不足可能会导致电路板的功能断断续续或功能不正常。确保通孔引脚具有足够的360度焊料，并且SMT部件具有足够的焊料以与焊盘接触。

焊点过热

施加大量热量可能会烧伤组件，焊盘或其他元件。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

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

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能是一个问题。

锡球

通常，这是在回流期间过多的焊料变成球形时。焊球将绝缘间隔距离减小到要求的最小值以下。可以使用高压气枪将其卸下，但可能需要进行后续的光学或X射线目视检查。

圆角提升通孔

特别是无铅焊接，有时会导致THT引线中的圆角隆起。有时，垫子也可能与圆角一起从层压板中拉开。尽管在大多数情况下，此故障不会导致焊点缺陷或电气故障。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关。IPC 610D检验标准涵盖了此过程问题。

爆米花/零件开裂

规格不正确或组件使用不当可能会导致回流焊过程中爆米花或破裂。通常在使用含铅组件进行无铅处理时。这也可能是由于未遵循组件制造商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表面的污染物会导致腐蚀。

铜树枝状晶体的形成会导致PCBA中的间歇性故障。在无铅焊接中，可能会使用无VOC的助焊剂，这会导致更多问题。根本原因是残留在板上的助焊剂残留物，当板上经受高温和高湿时，助焊剂残留物会形成一条穿过湿气层的导电路径。

锡晶须

锡晶须是一个复杂的问题，可能需要整页专门处理，但为简单起见，电路板表面的锡涂层通常会导致锡晶须的生长，从而使相邻的走线和焊盘短路。晶须主要是由于在电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。甚至可以在衬垫上施加压力。这可能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能会撕裂。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线不润湿。当组件终止点在足够的持续时间内未能达到峰值回流温度时，可能会发生这种情况。电路板的填充方式及其尺寸可能会导致不同区域的加热方式有所不同。尽管仅需几秒钟即可形成可靠的焊点，但为了可靠地组装，形成焊点的组件必须保持在高于熔点的温度下。

PCB分层

PCB的分层可视为板上的气泡或气隙。当来自电路板材料的水蒸气在焊接过程中被加热时膨胀并逸出时，可能会形成这种现象。无铅焊接需要更高的温度和更多的能量，并且在回流过程中，如果板上的水分膨胀，PCB材料可能会分层。这可以在组装之前通过烤盘固定。

排气和气孔

与分层类似，脱气和气孔可能是裸板中含有水分的过程指标。少量吸收到板上的液体会在焊接过程中膨胀，并从电镀通孔中逸出气体。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，因此可能会在端子的底部看到孔/空隙。逸出的气体会导致针孔，气孔或空隙，其大小与释放出的气体的体积有关。