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影響PCB焊點(diǎn)強(qiáng)度的因素
將元器件焊接到在PCB上，電路板將必須經(jīng)歷手動(dòng)或自動(dòng)焊接過(guò)程。在這里重要的是要了解影響PCB焊點(diǎn)強(qiáng)度的因素。
其中一些因素與您的布局有關(guān)，而另一些因素與焊接過(guò)程本身有關(guān)。兩者實(shí)際上是相關(guān)的，一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)選擇可以幫助確保您的焊點(diǎn)牢固，在回流焊接過(guò)程中組件不會(huì)損壞，并且沒(méi)有意外的橋接。大量的人工返工會(huì)嚴(yán)重延長(zhǎng)您的交貨時(shí)間，但是使用正確的CM將有助于確保您的設(shè)計(jì)不會(huì)遇到會(huì)影響PCB焊點(diǎn)強(qiáng)度的常見(jiàn)問(wèn)題。
焊錫質(zhì)量：溫度分布，潤(rùn)濕和助焊劑
并非所有的焊料合金都是一樣的。錫鉛焊料混合物過(guò)去被普遍使用。這些焊料混合物在大約180-190°C的溫度下熔化，該溫度接近或高于許多PCB層壓板的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。由于鉛會(huì)對(duì)我們的健康產(chǎn)生某些破壞性影響，因此，根據(jù)歐盟的《電氣和電子設(shè)備中有害物質(zhì)限制（RoHS）指令》，該行業(yè)正在從鉛轉(zhuǎn)向無(wú)鉛焊料。無(wú)鉛和銀合金焊料在更高的溫度（分別為?220°C和?450°C）下熔化。
無(wú)論使用哪種類型的焊料，溫度及其潤(rùn)濕表面的能力都會(huì)影響PCB焊料的接合強(qiáng)度。此外，如果使用的助焊劑類型不正確，每種類型的焊料都可能形成氧化物，這也會(huì)降低PCB焊接點(diǎn)的強(qiáng)度。
助焊劑和氧化
大多數(shù)PCB貼片商不是化學(xué)家，但有助于了解一些基本化學(xué)知識(shí)，以了解助焊劑的價(jià)值。在焊接過(guò)程中，熔融焊料形成熱共晶，并且熔融焊料容易與氧氣反應(yīng)形成氧化物。與金屬氧化物相比，金屬氧化物往往具有較低的機(jī)械強(qiáng)度。
助焊劑的使用旨在抑制氧化，并在組裝過(guò)程中將焊料吸到目標(biāo)區(qū)域。助焊劑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它有助于清潔任何油性殘留物區(qū)域。在PCB組裝期間，正確的助焊劑和足夠的助焊劑必須與正確的焊料類型匹配。
溫度和潤(rùn)濕
加熱焊料時(shí)，金屬混合物形成熱共晶并潤(rùn)濕焊盤(pán)（對(duì)于SMT組件）或過(guò)孔（對(duì)于通孔組件）的表面。潤(rùn)濕過(guò)程中熔融焊料的表面張力會(huì)將焊料在組件邊緣拉成凸起的“圓角”形狀，并且一旦移除熱源，焊料就會(huì)冷卻。但是，如果在加熱過(guò)程中焊料溫度太低，則焊料將不會(huì)形成充分混合的低共熔物，并且會(huì)凝固成冷焊點(diǎn)。
由于共晶混合不充分，冷接頭的表面無(wú)光澤，有斑點(diǎn)，強(qiáng)度低。焊接過(guò)程中接頭上的熱量不足可能是由于以下兩種可能的原因之一：
烙鐵溫度不足：對(duì)于所使用的焊料類型，烙鐵溫度過(guò)低。
過(guò)多的散熱：焊接點(diǎn)散發(fā)的熱量過(guò)多，從而降低了焊接過(guò)程中共晶的溫度。
關(guān)于以上第二點(diǎn)，如果將焊盤(pán)或走線連接到較大的接地層，則會(huì)形成冷連接。通過(guò)通孔直接連接到平面而沒(méi)有散熱的焊盤(pán)將熱量從烙鐵散發(fā)到平面上。如果在設(shè)計(jì)階段未正確解決問(wèn)題，則隨著時(shí)間的流逝，縫隙中可能會(huì)形成裂紋，最終導(dǎo)致故障。
您是否應(yīng)使用散熱片來(lái)增強(qiáng)PCB焊點(diǎn)強(qiáng)度？
散熱孔是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。這些是連接大焊盤(pán)和平面層之間的標(biāo)準(zhǔn)通孔，并且在一層或兩層中從通孔焊盤(pán)中刪除了扇區(qū)。在電氣上，它們的作用與其他任何通孔一樣，直到進(jìn)入10s GHz頻率范圍。但是，出于各種原因，一些設(shè)計(jì)師只是忽略了它們。除了冷焊點(diǎn)和其他焊錫缺陷之外，如果在關(guān)鍵位置不使用散熱孔，還會(huì)發(fā)生以下情況：
損壞
在SMT組件上，不均勻的焊點(diǎn)溫度和潤(rùn)濕性也會(huì)導(dǎo)致損壞破裂。發(fā)生這種情況時(shí)，焊球的一端完全浸濕，然后在另一端開(kāi)始冷卻。浸濕的焊球的表面張力會(huì)拉動(dòng)組件，并將其與另一個(gè)焊盤(pán)分開(kāi)。在極端情況下，這可能會(huì)導(dǎo)致組件像損壞一樣直立在濕端。
這通常在將SMT組件焊接到連接到平面的大焊盤(pán)上時(shí)發(fā)生。同樣，帶有表面地面倒膠的組件也可以直接焊接到地面倒膠上。盡管這是電氣上正確的設(shè)計(jì)選擇，但很難或不可能正確地進(jìn)行焊接，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)變冷。
標(biāo)準(zhǔn)解決方案是在連接到大焊盤(pán)或平面的SMT組件的末端添加散熱孔。散熱孔不會(huì)將熱量迅速散布到導(dǎo)體中，而是將熱量限制在SMT組件的末端附近，從而確保在焊接過(guò)程中有足夠的熱量和潤(rùn)濕性。
貼片式散熱槳
許多在操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量的組件將包含一個(gè)貼片式槳板，以將熱量從組件中帶走。在這些焊盤(pán)上使用過(guò)孔，以為組件提供均勻的接地層連接，并將熱量轉(zhuǎn)移到接地層中。散熱片在貼片焊盤(pán)上起反作用，應(yīng)使用典型的過(guò)孔。此處重要的一點(diǎn)是通孔的尺寸以及通孔之間的間距會(huì)影響組件能否以較高的機(jī)械強(qiáng)度正確地連接，并且不會(huì)在通孔中產(chǎn)生焊料芯吸。
理想情況下，應(yīng)將散熱墊和設(shè)計(jì)中其他位置的通孔數(shù)量減至最少，以減少鉆頭磨損和制造成本。如果通孔太小，則需要較小的鉆頭，這會(huì)花費(fèi)更長(zhǎng)的鉆孔時(shí)間和更高的制造成本。另外，非常小的通孔會(huì)帶來(lái)艱巨的清潔和電鍍過(guò)程。有經(jīng)驗(yàn)的CM可以推薦合適的通孔尺寸，以降低制造成本，這將確保在操作過(guò)程中散發(fā)足夠的熱量而不會(huì)影響強(qiáng)度。