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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)歷手動或自動焊接過程。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程本身有關(guān)。兩者實(shí)際上是相關(guān)的，一些簡單的設(shè)計選擇可以幫助確保您的焊點(diǎn)牢固，在回流焊接過程中組件不會損壞，并且沒有意外的橋接。大量的人工返工會嚴(yán)重延長您的交貨時間，但是使用正確的CM將有助于確保您的設(shè)計不會遇到會影響PCB焊點(diǎn)強(qiáng)度的常見問題。
焊錫質(zhì)量：溫度分布，潤濕和助焊劑
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。由于鉛會對我們的健康產(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)向無鉛焊料。無鉛和銀合金焊料在更高的溫度（分別為?220°C和?450°C）下熔化。
無論使用哪種類型的焊料，溫度及其潤濕表面的能力都會影響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，以了解助焊劑的價值。在焊接過程中，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，并在組裝過程中將焊料吸到目標(biāo)區(qū)域。助焊劑的另一個優(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。
溫度和潤濕
加熱焊料時，金屬混合物形成熱共晶并潤濕焊盤（對于SMT組件）或過孔（對于通孔組件）的表面。潤濕過程中熔融焊料的表面張力會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，焊料就會冷卻。但是，如果在加熱過程中焊料溫度太低，則焊料將不會形成充分混合的低共熔物，并且會凝固成冷焊點(diǎn)。
由于共晶混合不充分，冷接頭的表面無光澤，有斑點(diǎn)，強(qiáng)度低。焊接過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：對于所使用的焊料類型，烙鐵溫度過低。
過多的散熱：焊接點(diǎn)散發(fā)的熱量過多，從而降低了焊接過程中共晶的溫度。
關(guān)于以上第二點(diǎn)，如果將焊盤或走線連接到較大的接地層，則會形成冷連接。通過通孔直接連接到平面而沒有散熱的焊盤將熱量從烙鐵散發(fā)到平面上。如果在設(shè)計階段未正確解決問題，則隨著時間的流逝，縫隙中可能會形成裂紋，最終導(dǎo)致故障。
您是否應(yīng)使用散熱片來增強(qiáng)PCB焊點(diǎn)強(qiáng)度？
散熱孔是簡單的結(jié)構(gòu)。這些是連接大焊盤和平面層之間的標(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)溫度和潤濕性也會導(dǎo)致損壞破裂。發(fā)生這種情況時，焊球的一端完全浸濕，然后在另一端開始冷卻。浸濕的焊球的表面張力會拉動組件，并將其與另一個焊盤分開。在極端情況下，這可能會導(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上時發(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或平面的SMT組件的末端添加散熱孔。散熱孔不會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，從而確保在焊接過程中有足夠的熱量和潤濕性。
貼片式散熱槳
許多在操作過程中會產(chǎn)生大量熱量的組件將包含一個貼片式槳板，以將熱量從組件中帶走。在這些焊盤上使用過孔，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。散熱片在貼片焊盤上起反作用，應(yīng)使用典型的過孔。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，這會花費(fèi)更長的鉆孔時間和更高的制造成本。另外，非常小的通孔會帶來艱巨的清潔和電鍍過程。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，這將確保在操作過程中散發(fā)足夠的熱量而不會影響強(qiáng)度。