多年來(lái)，電子組裝的最佳實(shí)踐不斷變化，而且它將隨 著制造環(huán)境的改變、公司的需要和面臨的挑戰(zhàn)繼續(xù)變化，適合某一家公司的東西，對(duì)另一家公司來(lái)說(shuō)可能未必是最好的。有時(shí)候，相對(duì)于表面貼裝，波峰焊是個(gè)經(jīng)常被忽視的領(lǐng)域，如果管理不當(dāng)，往往會(huì)帶來(lái)相當(dāng)多的缺陷和返工。

以下的建議來(lái)自經(jīng)驗(yàn)和最佳實(shí)踐，并不是不可變更的規(guī)則，而是指導(dǎo)方針——你要根據(jù)自己實(shí)際情況來(lái)決定哪些最佳實(shí)踐對(duì)你的公司最有效。

本文重點(diǎn)關(guān)注的是常見(jiàn)的波峰焊缺陷和最佳實(shí)踐，解決、預(yù)測(cè)和主動(dòng)預(yù)防這些問(wèn)題再次發(fā)生。討論諸如元件選擇 / 注意事項(xiàng)、設(shè)計(jì)、工具和工藝這些引起缺陷的因素。 

到目前為止，最常見(jiàn)的波峰焊缺陷是橋接短路，這是導(dǎo)體之間最不希望出現(xiàn)的焊接缺陷。造成這種缺陷的因素包括元件、設(shè)計(jì)、工具和工藝。 

引線長(zhǎng)度 ：在設(shè)計(jì)中要注意元件引線長(zhǎng)度的規(guī)格和對(duì)應(yīng)的 PCB 厚度，使引線在波峰焊工藝中能夠插入焊錫的兩個(gè)突出點(diǎn)。要保證引線長(zhǎng)度既不能太短（這會(huì)導(dǎo)致焊錫無(wú)法到達(dá)引腳，不能形成焊錫連接），也不能太長(zhǎng)（這會(huì)使焊錫兩個(gè)相鄰引腳形成網(wǎng)格狀通路），可能在組件中產(chǎn)生橋接短路。

圖 1 ：表面貼裝元件的底部高度可能需要更厚的托盤(pán)，進(jìn)一步影響焊錫流入和流出通孔。 

在指定元件引線的長(zhǎng)度時(shí)，最好的做法是保證引線的長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，可以提供正確的芯吸所需要的熱量傳輸，提供充足的焊錫填充，而不會(huì)超出 IPA-A-610 規(guī)定的最大突出點(diǎn)。好的做法是，引線長(zhǎng)度不長(zhǎng)于兩個(gè)相鄰環(huán)形圈之間的距離。只要做到這一點(diǎn)，表面張力把焊錫吸引到最近 的有銅區(qū)域時(shí)，引線和引腳之間出現(xiàn)焊錫網(wǎng)格的概率會(huì)明顯降低。引線太長(zhǎng)時(shí)，建議在元件準(zhǔn)備時(shí)修剪引線，使引線長(zhǎng)度達(dá)到所需要的長(zhǎng)度 。

另一個(gè)需要注意的是與元件自身有關(guān)的問(wèn)題，可能包括 PCB 污染、元件污染、氧化或阻焊膜等問(wèn)題。 

元件的方向 ：特別是與管腳數(shù)量比較多的連接器有關(guān)，至少有兩行或更多的管腳，連接器的方向和焊錫波平行，這可能會(huì)引起相當(dāng)多的橋接短路。

最佳實(shí)踐是確保管腳數(shù)量比較多的連接器的方向和焊錫波方向垂直，使連接器管腳末端盡可能少地暴露在焊錫波下，這個(gè)位置是最可能出現(xiàn)橋接短路的地方。這種情況在微間距元件上特別容易出現(xiàn)。在不能改變?cè)较虻那闆r下，其他的方法，例如移走焊錫（把實(shí)際上不起任何作用的焊盤(pán)或銅焊盤(pán)放在管腳末端邊緣，把焊錫從最后的引線上拉走，防止橋接短路），可以把這種方法設(shè)計(jì)到電路板上或者選擇波峰焊的托盤(pán)上，最大限度減少橋接短路。 

一些關(guān)于選擇焊接托盤(pán)設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐包括在選擇PCB 在波峰焊托盤(pán)中的正確方向。建議焊錫波方向和電路板方向的角度在 15-30 度之間，確保少數(shù)幾個(gè)管腳最終作為拖尾管腳，這可以減少橋接短路。引腳數(shù)量比較多的連接器設(shè)計(jì)成和焊錫波方向平行，這個(gè)方法特別有效。

波峰焊托盤(pán)底部的焊錫波開(kāi)口和焊錫流動(dòng)的通道要足夠大，提供充足的焊錫流和足夠的助焊劑，防止焊錫在池化或在淤積的區(qū)域產(chǎn)生橋接。一般說(shuō)來(lái)，從環(huán)形孔的外緣到表面貼裝焊盤(pán)的最小間隙的限制決定了開(kāi)口的大小。建議按 0.100 英寸這個(gè)距離設(shè)計(jì)合適的開(kāi)口尺寸。

散熱環(huán)外徑=焊盤(pán)直徑+0.508毫米(0.020英寸)
散熱環(huán)寬度={0.6*焊盤(pán)直徑/隔熱條數(shù)目} 

圖 2 ：在焊接中，電鍍通孔直接連接到起散熱作用的大面積銅平面上。最佳實(shí)踐能夠向這些區(qū)域提供熱風(fēng)焊盤(pán)，在焊接中保證適合的焊錫流。 

表面貼裝元件底面的高度可能需要更厚的托盤(pán)，這會(huì)進(jìn)一步影響焊錫進(jìn)入和離開(kāi)通孔（pocket）的能力。長(zhǎng)寬比與焊錫開(kāi)口的長(zhǎng)度 / 寬度和需要垂直流入到達(dá) PCB 底部的焊錫流動(dòng)距離有關(guān)。含鉛焊錫的最小長(zhǎng)寬比為 1:1，而無(wú)鉛焊錫的長(zhǎng)寬比要增加到 1:3。這就是說(shuō)，如果長(zhǎng)度 / 寬度是 0.150 英寸，那么含鉛焊錫流動(dòng)的最大垂直尺寸是 0.150 英寸。違反這個(gè)長(zhǎng)寬比會(huì)影響焊錫的正常流動(dòng)，增加出現(xiàn)和焊錫波有關(guān)的缺陷的機(jī)會(huì)。

另外，當(dāng)波峰焊托盤(pán)上的電路板的方向和焊錫波方向的角度選擇 15度時(shí)，有助于把橋接減少到只會(huì)出現(xiàn)在幾個(gè)管腳上。通常情況下，由上述幾種技術(shù)組合起來(lái)的混合方案是最佳方案 。

選擇正確的助焊劑和合適的溫度曲線對(duì)形成焊錫橋接的影響相當(dāng)大，根據(jù)熱質(zhì)量和加熱溫度曲線選擇合適的助焊劑可能會(huì)對(duì)整體成品率產(chǎn)生重大影響。

一般地說(shuō)，固體含量比較大的 助焊劑能在比較高的溫度下表現(xiàn)得更好，而水基助焊劑在比較高的溫度下的表現(xiàn)不佳，比較適合溫度曲線比較低的電路板。要保證你的電路板的預(yù)熱溫度和高溫駐留時(shí)間符合你的助焊劑的要求，這將決定焊接結(jié)果的好壞。在進(jìn)入波峰焊之前就燒掉助焊劑可能會(huì)導(dǎo)致橋接 。

另一個(gè)常見(jiàn)的缺陷是波峰焊后的元件浮起，這種情況主要出現(xiàn)在比較小的元件上，例如軸向元件或徑向元件，但在連接器和其他元件上也經(jīng)常出現(xiàn)——這些元件在接觸焊錫波的過(guò)程中會(huì)浮起，并焊接在它們所放置的位置上。解決這個(gè)問(wèn)題最常見(jiàn)的方法是通過(guò)元件引線預(yù)成形和 / 或固定托盤(pán)。 

確保預(yù)先正確地準(zhǔn)備好像軸向元件和徑向元件這類(lèi)元件，基本上可以避免出現(xiàn)元件浮起情況。引線成形或把幾條引線鉗緊，用機(jī)械的方法將元件固定在它的位置上，是目前最常見(jiàn)的做法。和常見(jiàn)的橋接一樣，引線太長(zhǎng)也會(huì)造成浮起加大，它會(huì)成為一個(gè)杠桿，把元件推離它原來(lái)的位置。 

其他元件，例如連接器，不容易保持在它的正確位置上，需要其他的固定措施，包括用膠水或者很長(zhǎng)的夾具，作為選擇焊的一部分。

圖 3 ：可以用助焊劑測(cè)量器來(lái)保證助焊劑總量適量而且滲透性達(dá)到最佳效果。

在考慮使用很長(zhǎng)的夾具來(lái)固定元件時(shí)，需要在溫度曲線中考慮這些夾具帶來(lái)的額外的熱質(zhì)量，有可能需要使用另一種助焊劑以得到更好的焊接性能 。

焊錫波高和 lambda 與層流的使用也會(huì)導(dǎo)致更多的元件浮起。要保持焊錫波的高度不超過(guò) PCB 厚度的 50%，這里的厚度指的是相對(duì)于托盤(pán)的厚度，并且要盡量減少使用湍流。其他考慮的因素包括傳送帶的震動(dòng)、角度，等等。 

另一種最常見(jiàn)的波峰焊缺陷是焊錫不足，這種缺陷可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是焊錫沒(méi)有完全填充通孔，另一類(lèi)是通孔周?chē)鷽](méi)有被完全潤(rùn)濕 。

和這些缺陷有關(guān)的因素，通常都和焊錫、電路板或元件受到污染有關(guān)，達(dá)到半潤(rùn)濕或不潤(rùn)濕潤(rùn)的狀態(tài)。針對(duì)這個(gè)審核的目的，我們假定元件在處理之前的狀態(tài)是好的。防止產(chǎn)生這些類(lèi)型缺陷的最佳實(shí)踐包括成熟的與焊錫浸漬測(cè)試結(jié)合的進(jìn)料檢查工藝，按照 IPC-TM-650 的要求檢查受到污染或發(fā)生氧化的可疑元件。 

常見(jiàn)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)是把電鍍通孔和大的銅平面直接相連，銅平面在波峰焊中起到散熱片的作用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，最佳實(shí)踐要求在這些區(qū)域提供散熱片，這樣在焊接過(guò)程中可以讓適當(dāng)?shù)臒崃苛鞒觥８魺釛l提供熱隔離，可以顯著提高得到好焊點(diǎn)的概率 。

要考慮的其他因素包括 ：元件引線直徑與電鍍通孔直徑的比例失配。和引線相比，電鍍通孔不是太大就是太小，一樣會(huì)造成焊錫不足的結(jié)果。推薦的電鍍通孔比例通常是 0.6，比元件引線的大一些，將得到好的結(jié)果。 

總的說(shuō)來(lái)，這歸結(jié)于熱傳遞不夠快或助焊劑不夠多，因?yàn)閮烧邔?duì)焊錫填充都有顯著的影響。由于溫度曲線造成過(guò)熱致使助焊劑滲透不足，是出現(xiàn)這種情況最根本的原因。

像 Fluxometer 這樣的產(chǎn)品，使用酸性紙和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電鍍通孔間隔均勻的 PCB，可以確保使用的助焊劑數(shù)量和滲透適當(dāng)，達(dá)到最佳效果。

定期檢查或者按月檢查，包括 Levchecks 或 Waveriders，可以提供焊錫波的均勻度、溫度曲線和波峰焊爐整體性能，建議用這種檢查來(lái)保證與設(shè)備相關(guān)的工藝漂移不會(huì)帶來(lái)缺陷 。

圖 4 ： Vexos 公司的生產(chǎn)線。 

當(dāng)焊點(diǎn)中有小孔穿過(guò)焊錫連接的表面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)焊錫空洞或向外排氣（氣孔和針孔）。這種小孔通常是由于焊接過(guò)程中留在焊點(diǎn)中的濕氣向外排氣造成的。 

和元件一樣， PCB 也對(duì)水分敏感，不過(guò)，它們通常沒(méi)有像處理潮濕敏感元件的方法來(lái)處理。一般來(lái)說(shuō)，所有PCB 的潮濕敏感度等級(jí)都可以認(rèn)為是 3 級(jí)（MSL 3），可以按照管理其他潮濕敏感器件的方法來(lái)管理。

最好的做法是確保 PCB 密封，只有在要用的時(shí)候才打開(kāi)。在檢查暴露時(shí)間時(shí)，需要考慮在兩次熱循環(huán)操作之間持續(xù)暴露時(shí)間，例如表面安裝回流操作和波峰焊操作。如果在電路板上一次熱循環(huán)操作后的 72 小時(shí)內(nèi)不能夠進(jìn)行焊接，就應(yīng)當(dāng)按照 J-STD-033 的規(guī)定，通過(guò)烘烤電路板把過(guò)多的水分蒸發(fā)掉，或者把它放在相對(duì)濕度保持在 5%以下的干燥柜中，最大限度減少長(zhǎng)時(shí)間暴露引起的風(fēng)險(xiǎn)。 

焊錫球缺陷和焊錫濺落缺陷通常是在波峰焊后有很小的焊錫球粘附在層壓板、阻焊膜或?qū)w上。這種缺陷通常有三類(lèi) ：隨機(jī)的、非隨機(jī)的和防濺擋板造成的，這些缺陷一般都和工藝有關(guān)。 

對(duì)于隨機(jī)焊錫球，這是最容易處理的缺陷，通常是在焊錫波到達(dá)之前，助焊劑過(guò)多而且錫波高度不一致造成的結(jié)果。當(dāng)電路板接觸焊錫波進(jìn)行焊接時(shí)，如果你聽(tīng)到“嘶嘶”聲，這是個(gè)好的跡象，說(shuō)明預(yù)熱溫度太低或是助焊劑涂得太多，也可能是焊錫波的溫度設(shè)得高。

非隨機(jī)的焊錫球在同一個(gè)位置或有拖尾的管腳中現(xiàn)，往往是因?yàn)橹竸┎蛔慊蝾A(yù)熱溫度過(guò)高造成的。防濺擋板造成焊錫球的最常見(jiàn)原因是焊錫波的高度過(guò)高，或者焊錫波中湍流過(guò)大。如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，大約 95%的波峰焊應(yīng)用可以只用層流焊接，建議只用這種方法來(lái)避免這種缺陷。

最佳實(shí)踐是利用像 Fluxometer 和 WaveRIDER 等工具來(lái)檢查平行度和正確優(yōu)化助焊劑盡可能減少出現(xiàn)這種缺陷。 

在波峰焊托盤(pán)上滯留焊錫的區(qū)域也可能會(huì)形成焊錫球。檢查托盤(pán)設(shè)計(jì)中的焊錫流，保證在焊接過(guò)程中焊錫流有足夠的通道或者有可以排氣的通風(fēng)孔，可以最大限度地減少出現(xiàn)焊錫球和焊錫飛濺。 

在 PCB 通過(guò)焊接工藝時(shí)，不管是收集過(guò)多的焊錫，還是焊點(diǎn)上出現(xiàn)不好的焊錫凸起，就會(huì)發(fā)生焊錫尖刺和焊錫過(guò)多的標(biāo)記（警報(bào)）。造成這種現(xiàn)象最常見(jiàn)的原因是工藝。 

到目前為止，出現(xiàn)這些問(wèn)題的最常見(jiàn)原因是波峰焊的焊錫罐溫度太低，或者焊錫在焊錫罐中的停留時(shí)間不夠。要形成合適的焊點(diǎn)，最佳實(shí)踐建議的停留時(shí)間是 3 到 5 秒。像 Ovenrider 這樣的回流焊測(cè)試工具可以指示焊錫罐的溫度漂移。一個(gè)經(jīng)常提的建議是，定期測(cè)量焊錫罐的溫度來(lái)確保焊錫的溫度適當(dāng)。波峰焊接機(jī)上的焊錫罐溫度讀數(shù)并不總是轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度的讀數(shù)，必須監(jiān)控焊錫罐的實(shí)際溫度。

最佳實(shí)踐通過(guò)體系化的設(shè)計(jì)評(píng)審和實(shí)現(xiàn)圍繞關(guān)鍵的波峰焊參數(shù)，例如焊錫罐溫度、預(yù)熱、高溫停留時(shí)間、平行性和助焊劑優(yōu)化進(jìn)行工藝控制，通過(guò)應(yīng)用最佳實(shí)踐預(yù)防缺陷是最好的做法。

像 DFM 或 DFA 這類(lèi)活動(dòng)，采用各種設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)保證在設(shè)計(jì)周期中盡早地識(shí)別出 PCB 的設(shè)計(jì)要求、溫度要求、制造兼容性和有關(guān)的各種因素，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以用很小的成本進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，這樣可以節(jié)約大量的時(shí)間。

早期的設(shè)計(jì)決策可能會(huì)影響產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中的長(zhǎng)期生存能力和成本，因此，盡早與戰(zhàn)略制造伙伴展開(kāi)合作，針對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面提供相關(guān)的設(shè)計(jì)反饋，這是非常重要的。