印刷电路板焊接缺陷分析

knightz2009

【摘　要】分析了印刷电路板（PCB）在焊接过程中产生缺陷的原因，提出了解决上述缺陷的一些办法。
【关键词】焊接缺陷，PCB设计，可焊性，翘曲1、引　言
　　焊接实际上是一个化学处理过程。印刷电路板（PCB）是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高，分层越来越多，有时候可能所有的设计都很正确（如电路板毫无损坏、印刷电路设计完美等），但是由于在焊接工艺上出现问题，导致焊接缺陷、焊接质量下降从而影响电路板的合格率，进而导致整机的质量不可靠。因此，必须分析影响印制电路板焊接质量的因素，分析其焊接缺陷产生的原因，并针对这些原因加以改进以使整个电路板焊接质量得到提高。
2、产生焊接缺陷的原因
2．1 PCB的设计影响焊接质量
　　在布局上，PCB尺寸过大时，虽然焊接较容易控制，但印刷线条长，阻抗增大，抗噪声能力下降，成本增加；过小时，则散热下降，焊接不易控制，易出现相邻线条相互干扰，如线路板的电磁干扰等情况。因此，必须优化PCB板设计：（1）缩短高频元件之间的连线、减少EMI干扰。（2）重量大的（如超过20g）元件，应以支架固定，然后焊接。（3）发热元件应考虑散热问题，防止元件表面有较大的ΔT产生缺陷与返工，热敏元件应远离发热源。（4）元件的排列尽可能平行，这样不但美观而且易焊接，宜进行大批量生产。电路板设计为4∶3的矩形最佳。导线宽度不要突变，以避免布线的不连续性。电路板长时间受热时，铜箔容易发生膨胀和脱落，因此，应避免使用大面积铜箔。
2．2 电路板孔的可焊性影响焊接质量
　　电路板孔可焊性不好，将会产生虚焊缺陷，影响电路中元件的参数，导致多层板元器件和内层线导通不稳定，引起整个电路功能失效。所谓可焊性就是金属表面被熔融焊料润湿的性质，即焊料所在金属表面形成一层相对均匀的连续的光滑的附着薄膜。影响印刷电路板可焊性的因素主要有：（1）焊料的成份和被焊料的性质。焊料是焊接化学处理过程中重要的组成部分，它由含有助焊剂的化学材料组成，常用的低熔点共熔金属为Sn－Pb或Sn－Pb－Ag。其中杂质含量要有一定的分比控制，以防杂质产生的氧化物被助焊剂溶解。焊剂的功能是通过传递热量，去除锈蚀来帮助焊料润湿被焊板电路表面。一般采用白松香和异丙醇溶剂。（2）焊接温度和金属板表面清洁程度也会影响可焊性。温度过高，则焊料扩散速度加快，此时具有很高的活性，会使电路板和焊料溶融表面迅速氧化，产生焊接缺陷，电路板表面受污染也会影响可焊性从而产生缺陷，这些缺陷包括锡珠、锡球、开路、光泽度不好等。
2．3 翘曲产生的焊接缺陷
　　PCB和元器件在焊接过程中产生翘曲，由于应力变形而产生虚焊、短路等缺陷。翘曲往往是由于PCB的上下部分温度不平衡造成的。对大的PCB，由于板自身重量下坠也会产生翘曲。普通的PBGA器件距离印刷电路板约0．5mm，如果电路板上器件较大，随着线路板降温后恢复正常形状，焊点将长时间处于应力作用之下，如果器件抬高0．1mm就足以导致虚焊开路。
　　在PCB产生翘曲的同时，元器件本身也有可能产生翘曲，位于元件中心的焊点被抬离PCB、产生空焊。当只使用焊剂而没有焊膏填补空白时，这种情况经常发生。使用焊膏时，由于形变而使焊膏与焊球连在一起形成短路缺陷。另一个产生短路的原因是回焊过程中元件衬底出现脱层，该缺陷的特征是由于内部膨胀而在器件下面形成一个个气泡，在X射线检测下，可以看到焊接短路往往在器件中部。
3、结束语
　　综上所述，通过优化PCB设计、采用优良的焊料改进电路板孔可焊性及预防翘曲防止缺陷的产生，可以使整个电路板焊接质量得到提高。
4、参考文献
1　雷卫武．印制电路板设计原则和抗干扰措施．电子世界，1999（6）
2　Brett Casteel．焊接材料的评测与认定．电子工程专辑，2000（10）