PCB焊接的案例
從焊接角度談畫PCB圖時應注意的問題
影響PCB焊接質量的因素
從PCB設計到所有元件焊接完成為一個質量很高的電路板，需要PCB設計工程師乃至焊接工藝、焊接工人的水平等諸多環節都有著嚴格的把控。
主要有以下因素：PCB圖、電路板的質量、器件的質量、器件管腳的氧化程度、錫膏的質量、錫膏的印刷質量、貼片機的程序編制的精確程度、貼片機的貼裝質量、回流焊爐的溫度曲線的設定等等因素。
焊接廠本身無法逾越的環節就是PCB畫圖的環節。由于做電路設計的人往往不焊電路板從而無法獲得直接的焊接經驗，不知道影響焊接的各種因素;而焊接廠的工人不懂畫板，他們只管完成生產任務，沒有心思、更沒有能力分析造成不良焊接的原因。由于這兩方面的人才各司其職，難以有機結合。
展開 雙面PCB的焊接技巧，你都知道哪些？
2
電路板焊接注意事項
1、提醒大家拿到PCB裸板后首先應進行外觀檢查，看是否存在短路、斷路等問題，然后熟悉開發板原理圖，將原理圖與PCB絲印層進行對照，避免原理圖與PCB不符。
2、PCB焊接所需物料準備齊全后，應將元器件分類，可按照尺寸大小將所有元器件分為幾類，便于后續焊接。需要打印一份齊全的物料明細表。在焊接過程中，沒焊接完一項，則用筆將相應選項劃掉，這樣便于后續焊接操作。
焊接之前應采取戴靜電環等防靜電措施，避免靜電對元器件造成傷害。焊接所需設備準備齊全后，應保證烙鐵頭的干凈整潔。初次焊接推薦選用平角的焊烙鐵，在進行諸如0603式封裝元器件焊接時烙鐵能更好的接觸焊盤，便于焊接。當然，對于高手來說，這個并不是問題。
3、挑選元器件進行焊接時，應按照元器件由低到高、由小到大的順序進行焊接。以免焊接好的較大元器件給較小元器件的焊接帶來不便。優先焊接集成電路芯片。
4、進行集成電路芯片的焊接之前需保證芯片放置方向的正確無誤。
展開 想要避免PCB焊接缺陷，要先注意這些事
電路板的設計影響焊接質量
在布局上，電路板尺寸過大時，雖然焊接較容易控制，但印刷線條長，阻抗增大，抗噪聲能力下降，成本增加；過小時，則散熱下降，焊接不易控制，易出現相鄰線條相互干擾，如線路板的電磁干擾等情況。相關推薦:從焊接角度談畫PCB時應注意哪些問題。因此，必須優化PCB板設計：
縮短高頻元件之間的連線、減少EMI干擾。
重量大的(如超過20g) 元件，應以支架固定，然后焊接。
發熱元件應考慮散熱問題，防止元件表面有較大的ΔT產生缺陷與返工，熱敏元件應遠離發熱源。
元件的排列盡可能平行，這樣不但美觀而且易焊接，宜進行大批量生產。電路板設計為4∶3的矩形最佳。導線寬度不要突變，以避免布線的不連續性。電路板長時間受熱時，銅箔容易發生膨脹和脫落，因此，應避免使用大面積銅箔。
綜合上述，為能保證PCB板的整體質量，在制作過程中，要采用優良的焊料、改進PCB板可焊性以及及預防翹曲防止缺陷的產生。
展開 矩形引腳電解電容焊接翻車？原因是...
圖9 焊盤形狀結構
整改效果驗證
（1）E廠家使用封裝優化后的PCB板實物如圖10所示，聚熱環、中間增加排氣孔及一定油墨矩形匹配處理。
圖10 PCB板型號3
（2）E廠家PCB板型號3插裝Y廠家電解電容型號2，使用數據如圖11所示，對應電解電容與PCB板焊接不良比率下降明顯。
圖11 X、Y廠家電解電容與不同廠家PCB焊接不良比例
總 結
通過對不同廠家PCB板、電解電容產品單體結構分析，并從焊接失效機理、失效因素、結構可靠性等多方面進行核實，對改善后產品單體結構可靠性對比論證，發現需從器件本身進行整改。改善后進行對比分析，整改后效果明顯。結構優化對提升PCB板焊接可靠性有良好作用。
焊接異常是多方面因素，生產設備對焊接質量因素同樣重要。此次整改表明，PCB板引入開發時需對設計矩形引腳電解電容位置的封裝可靠性進行詳細有效的測試評估，以提高產品的結構可靠性，提升PCB板焊接的一次通過率。
參考文獻
[1] 王煒.印制電路板(PCB)板件焊接工藝流程[J].東方電氣評論,2014(1):74-80.
[2] 牛永寶,劉佳,李斌.波峰焊焊接質量問題研究[J].科技創新與應用,2014(26):16.
[3] 呂文鋒,王海軍.淺談TPM在選擇性波峰焊設備管理中的應用[J].中國設備工程,2018(22):24-25.
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干貨分享丨PCBA焊接中常見PCB爆板的預防及改善措施！
PCB（ Printed Circuit Board），中文名稱為印制電路板，又稱印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。
PCB(printed circuit board)即印制線路板，簡稱印制板，是電子工業的重要部件之一。幾乎每種電子設備，小到電子手表、智能手機，大到計算機、通信電子設備、軍用武器系統，只要有集成電路等電子元件，為了使各個元件之間的電氣互連，都要使用印制板。印制線路板由絕緣底板、連接導線和裝配焊接電子元件的焊盤組成，具有導電線路和絕緣底板的雙重作用。
電子產品可靠性核心是印制電路板組件 PCBA，而印制電路板 PCB 作為各種元器件的載體與電路信號傳輸的樞紐已成為電子產品最重要、最關鍵的部件，其質量的好壞與可靠性水平將決定整機設備的質量與可靠性。
隨著電子產品向多功能、高密度、微型化、三維等方向發展，大量微型器件得以越來越多地應用，這就意味著單位面積的器件I/O越來越多，發熱元件也會越來越多，散熱需求越來越重要，同時因眾多材料CTE不同而帶來的熱應力翹曲變形使得組裝失效風險越來越大，隨之而來的電子產品的早期失效概率也會越來越大。
因此，PCBA的焊接可靠性變得越來越重要了。隨著科學技術的發展和電子產品的更新換代，避免PCB爆板就變成了一個非常重要的過程，那么就讓小編來為大家介紹一下PCB線路板爆板的成因與解決方案！
SMT電子加工焊接中的爆板是PCB生產里比較常見的品質問題，它出現于PCB制造與裝配過程。
展開 干貨分享丨“波峰焊”過程中出現“錫珠”的原因及預防控制辦法
（3），關于鏈條（或PCB板面）的傾角：這一傾角指的是鏈條（或PCB板面）與錫液平面的角度，當PCB板走過錫液平面時，應保證PCB零件面與錫液平面只有一個切點；而不能有一個較大的接觸面；當沒有傾角或傾角過小時，易造成錫液與焊接面接觸時中間有氣泡，氣泡爆裂后產生“錫珠”。
（4），在波峰爐使用中，“風刀”的主要作用是吹去PCB板面多余的助焊劑，并使助焊劑在PCB零件面均勻涂布；一般情況下，風刀的傾角應在10度左右；如果“風刀”角度調整的不合理，會造成PCB表面焊劑過多，或涂布不均勻，不但在過預熱區時易滴在發熱管上，影響發熱管的壽命，而且在浸入錫液時易造成“炸錫”現象，并因此產生“錫珠”。
在實際生產中，結合自身波峰焊的實際狀況，對相關材料進行選型，同時制訂嚴格《波峰焊操作規程》，并嚴格按照相關規程進行生產。經過實驗證明，在嚴格落實工藝技術的條件下，完全可以克服因為“波峰焊焊接工藝問題”產生的“錫珠”。
來源：網絡
展開 干貨分享丨波峰焊常見焊接缺陷原因分析及預防對策
C、焊點橋接或短路
原因：
a) PCB設計不合理，焊盤間距過窄；
b) 插裝元件引腳不規則或插裝歪斜，焊接前引腳之間已經接近或已經碰上；
c) PCB預熱溫度過低，焊接時元件與PCB吸熱，使實際焊接溫度降低；
d) 焊接溫度過低或傳送帶速度過快，使熔融焊料的黏度降低；
e）阻焊劑活性差。
對策：
a) 按照PCB設計規范進行設計。兩個端頭Chip元件的長軸應盡量與焊接時PCB運行方向垂直，SOT、SOP的長軸應與PCB運行方向平行。將SOP最后一個引腳的焊盤加寬（設計一個竊錫焊盤）。
b) 插裝元件引腳應根據PCB的孔距及裝配要求成型，如采用短插一次焊工藝，焊接面元件引腳露出PCB表面0.8～3mm，插裝時要求元件體端正。
c）根據PCB尺寸、板層、元件多少、有無貼裝元件等設置預熱溫度，PCB底面溫度在90-130。
d) 錫波溫度250+/-5℃，焊接時間3～5S。溫度略低時，傳送帶速度應調慢些。
f) 更換助焊劑。
D、潤濕不良、漏焊、虛焊
原因：
a) 元件焊端、引腳、印制板基板的焊盤氧化或污染，或PCB受潮。
b) Chip元件端頭金屬電極附著力差或采用單層電極，在焊接溫度下產生脫帽現象。
c) PCB設計不合理，波峰焊時陰影效應造成漏焊。
d) PCB翹曲，使PCB翹起位置與波峰焊接觸不良。
e) 傳送帶兩側不平行（尤其使用PCB傳輸架時），使PCB與波峰接觸不平行。
f) 波峰不平滑，波峰兩側高度不平行，尤其電磁泵波峰焊機的錫波噴口，如果被氧化物堵塞時，會使波峰出現鋸齒形，容易造成漏焊、虛焊。
g) 助焊劑活性差，造成潤濕不良。
h) PCB預熱溫度過高，使助焊劑碳化，失去活性，造成潤濕不良。
對策：
a) 元器件先到先用，不要存在潮濕的環境中，不要超過規定的使用日期。
展開 基于Simsolid的焊點可靠性分析
芯片等元器件經過與電路板的焊接后，需要經過溫度循環試驗來驗證可靠性。通過有限元對焊點進行可靠性分析，評估和優化設計和工藝，能夠顯著提升可靠性，降低研發成本。
在傳統的有限元分析中，劃分合適的網格是占據仿真工程師主要精力和時間的一件事情，特別是像焊點與芯片和電路板這種尺寸相差較大的結構在一起分析的問題，要么造成網格數量過大，分析成本大幅增加，要么造成分析精度下降，分析結果不可信。
Simsolid的無網格技術，使得消耗仿真工程師大量精力的網格劃分步驟不再重要，能讓工程師能把更多的精力放在分析、設計和優化工作上來。
本文利用一個簡化的溫度循環工況下的焊點可靠性分析案例，展示使用Simsolid進行分析的優勢。
2 問題描述
上圖為芯片與PCB焊接的結構模型，BGA焊點與芯片和PCB的焊盤連接。溫度循環工況最大溫差為100℃。材料參數如下表所示。
展開 科普丨五種PCBA焊接技術
在傳統的電子組裝工藝中，對于安裝有過孔插裝元件（PTH）印制板組件的焊接一般采用波峰焊接技術。
波峰焊接有許多不足之處：
①不能在焊接面分布高密度、細間距貼片元件。
②橋接、漏焊較多。
③需噴涂助焊劑；印制板受到較大熱沖擊翹曲變形。
由于目前電路組裝密度越來越高，焊接面不可避免將會分布有高密度、細間距貼片元件，傳統波峰焊接工藝已經對此無能為力，一般只能先單獨對焊接面貼片元件進行回流焊接，然后手工補焊剩余插件焊點，但存在焊點質量一致性差的問題。
5種新型混裝焊接工藝
01
選擇性焊接
選擇性焊接中，僅有部分特定區域與焊錫波接觸。由于PCB本身就是一種不良的熱傳導介質，因此焊接時它不會加熱熔化鄰近元器件和PCB區域的焊點。
在焊接前也必須預先涂敷助焊劑，助焊劑僅涂覆在PCB下部的待焊接部位，但選擇性焊接并不適合焊接貼片元件。
展開 基于SEM與EDS表征的化學鍍鎳/金(ENIG)PCB焊盤失效分析
前言】
隨著電子設備線路設計日趨復雜與無鉛化要求的嚴格推行，印制電路板（PCB）表面化學鍍鎳/金（ENIG）工藝因其出色的平整度和良好的導電性，被業界譽為"萬能涂層"。然而，受制于復雜的工藝條件，ENIG處理往往面臨一項難以克服的隱患——鎳腐蝕（俗稱"黑盤"現象）。近日，某企業委托針對其生產線中出現的大批量PCB焊盤焊接失效問題進行了深度的"把脈問診"。
一、客戶痛點與背景
某企業在生產化鎳金PCB后，于焊接貼件客戶端發現嚴重異常：PCB焊盤出現了明顯的潤濕不良，表面存在大面積的拒焊及縮錫現象。該問題嚴重影響了產品的可靠性與生產良率，客戶緊急委托尋找失效真因。
二、分析與測試過程
接到樣品后，國高材分析測試中心專家團隊迅速響應，制定了從宏觀到微觀、從無損到破壞性物理分析的系統化排查方案。
1. 外觀檢查與鍍層厚度測量
首先，對不良焊盤進行了外觀篩查，確認了拒焊與縮錫的宏觀形貌。隨后，利用X射線熒光光譜儀（XRF）對化鎳金鍍層厚度進行了精準測量。
金層厚度：0.015～0.022 μm
鎳層厚度：3.43～3.65 μm
初步判定： 整體鍍層厚度均偏薄，這可能為后續的氧化失效埋下了隱患。
2. 表面微觀形貌與成分分析（SEM & EDS）
為探究表面拒焊的根本原因，利用掃描電子顯微鏡（SEM）及X射線能量色散譜儀（EDS）對焊盤表面進行了深度觀測。
SEM形貌觀察： 高倍顯微鏡下，清晰可見焊盤表面存在嚴重的龜裂現象，且裂痕主要沿著晶界擴散。
EDS成分分析： 檢測出較高的Ni、Au含量（推測是鍍金層的晶界開裂導致下層鎳原子向上遷移），更關鍵的是，檢測到了異常偏高的O（氧）元素含量，表明鎳層已發生嚴重氧化腐蝕。
展開 某車型門窗控制器PCBA的簡化建模方法
PCBA由PCB、電阻、繼電器、天線、芯片等零件組成。芯片、電容、繼電器等器件的PIN和焊點十分微小，數量多，體積小，在有限元仿真分析前處理階段建模費時，計算過程中消耗過多計算資源。如何準確、高效地建立PCBA的有限元模型，是得到準確的計算結果的關鍵。
本文基于某車型門窗控制器（DCM：Door Control Module）的PCBA提出一種有限元分析中PCBA的簡化建模方法，并進行有限元仿真模態分析。通過仿真模態分析結果與試驗模態分析結果對比，驗證所提出的簡化建模方法計算結果的準確性。
1 有限元分析
1.1 模型概況
DCM的PCBA包括：PCB、接插件、大天線、小天線、繼電器、電容、芯片、電阻等，器件總體數量約180個，如圖1所示。其中電阻數量大于100個且體積小、質量小。
1.2 模型簡化
1.2.1 邊界條件簡化
PCB和器件之間通過表面貼裝技術(SMT：Surface Mounted Technology)與PCB焊接，焊點的焊錫、PCB上的器件都對PCBA的剛度產生了一定影響。器件單個管腳（PIN）和焊錫的體積和質量相對于PCBA很小。在有限元仿真分析中，若建立PIN和焊錫的有限元模型，焊錫的體積難確定且PIN需要劃分非常細小的網格，這種建模過程復雜且運算過程中將消耗大量計算資源。因此PCBA有限元建模時對器件的PIN和焊錫進行簡化，采用面-面粘貼的方式將器件和PCB的接觸面進行剛性連接。
1.2.2 電阻簡化
PCB上的電阻數量多、體積小、質量小。若在有限元分析中直接建立電阻的模型，則在模型前處理階段需要劃分很多細小的網格，計算過程中也將消耗過多的計算資源。
展開 
干貨｜如何預防“燒芯片”？
如下圖所示，將一個芯片焊接在PCB板上，芯片的散熱途徑主要有如下三種，對應三種熱阻。
1、芯片內部到外殼和引腳的熱阻——芯片固定的，無法改變。
2、芯片引腳到PCB板的熱阻——良好的焊接和PCB板決定。
3、芯片外殼到空氣的熱阻——由散熱器和芯片外圍空間決定。
半導體芯片熱阻參數示意
Ta為環境溫度，Tc為外殼表面溫度，Tj為結溫。
Θja：結溫（Tj）與環境溫度（Ta）之間的熱阻。
Θjc：結溫（Tj）與外殼表面溫度（Tc）之間的熱阻。
Θca：外殼表面溫度（Tc）與環境溫度（Ta）之間的熱阻。
熱阻的計算公式為：
Θja =(Tj-Ta)/Pd →Tj=Ta+Θja*Pd
其中Θja*Pd為溫升，也可以稱之為發熱量。
1、在熱阻一定的情況下，功耗Pd越小，溫度越低。
2、在功耗一定的情況下，熱阻越小越好，熱阻越小代表散熱越好。
▉ 結溫計算誤區
很多人計算結溫用這個公式：Tj=Ta+Θja*Pd，在TI的文檔中有說明，其實并不準確，在公眾號后臺回復關鍵詞溫升，可獲取此文檔。
大致意思就是Θja是一個多變量函數，不能反應芯片焊接在PCB板上的真實情況，和PCB的設計、Chip/Pad的大小有強相關性，隨著這些因素的改變，Θja值也會改變，芯片廠家在測試Θja時和我們實際使用情況有較大差別，所以用來計算結溫，誤差會很大。
展開 如何全面地考慮電子產品板級熱仿真問題
在ANSYS Icepak中，我們可以使用ECAD（PCB layout設計數據文件）對PCB各層的布線/線路分布及其過孔進行描述，并且計算出各層的導熱系數分布，以此來精確地考慮銅材質的線路與過孔的分布，對PCB上焊接的電子元件散熱效果的影響。
與此同時，我們還需要考慮PCB線路的焦耳熱產生的影響。
對于電熱耦合的焦耳熱計算，傳統方法是利用3D實體來計算（例如母線Busbar）。但是由于PCB布線的幾何相當細小，而且焦耳熱的計算在導體邊界對網格均一性要求較高，使用傳統方法計算焦耳熱時需要生成大量的網格，并且對于較細小、形狀復雜的布線網格的質量控制較難。
對PCB線路進行實際網格的劃分需要大量小尺寸網格
傳統的計算方法不但需要大量的計算資源，還拉低了仿真計算的效率。因此，針對PCB線路的焦耳熱，我們可以使用SIwave-Icepak耦合的方式去計算。
■ SIwave能夠對PCB上的線路加載激勵條件進行DCIR drop計算，獲得不同工況下PCB上各層布線的焦耳熱分布。
■ Icepak利用焦耳熱分布數據的映射進行進一步的板級熱仿真，評估在不同的工況下，PCB上銅線的焦耳熱和電子元件發熱共同作用時的溫度分布狀態。
在ANSYS SIwave中輸出基于計算網格的焦耳熱功率分布數據，在Icepak中使用Block或者PCB Objects，以SIwave Profile的方式導入，功率數據將直接映射并插值到Icepak的計算網格之中（相比于之前在Icepak中使用2D heat source構成power map的方式，這種方式幾乎不怎么占用計算資源。）。
展開 Altair ProductDesign幫助完成產品散熱系統設計陶瓷簡化LED內部散熱系統
最好的解決方式是將LED與粘接在散熱片上的PCB板焊接起來。如此一來，PCB板用于電路板的原始功能就能保留下來。盡管PCB具有一定的熱傳導性，它們仍可用作隔熱層。
陶瓷散熱器CeramCool?是一種電路板與散熱器有效結合的結構，可以實現熱敏感零部件與電路的可靠散熱。它能使零部件直接或永久連接。同時，陶瓷是一種絕緣材料并可通過金屬墊片提供粘接面。用戶可以指定任意形狀的結構，這些結構甚至可以包含三維結構。這種散熱器逐漸成為一種基本的模塊并可以緊密關聯LED和其它部件。它可在不創建任何隔 熱層的情況下快速散發熱源產生的熱量。
設計概念的有效性證明
應用陶瓷的想法是在多組仿真模型中反復比對之后確定的。為了預測不同設計方案的熱特性，AltairProductDesign 研發了一種基于計算流體動力學的仿真流程和用于4W燈具散熱的、優化的陶瓷散熱器。研發過程中考慮了制造工藝要求。優化的結構使得4W的LED工作時最大溫度低于60℃，并且通過了物理實驗驗證。這一方案具有方形的外形(38mmx38mm x24mm)，而且在較大空間中包含細長的片狀物。在鋁制同種結構（PCB上安裝LED）上將比它高出很多。根據PCB不同的熱傳導率（從λ=4W/mK到1,5W/mK），溫度將上升6K到28K。對LED來說，熱點區域即使是6K的溫度降低，也會對其 應力減少產生重大的影響。
概念靈活性
大多數CeramCool?應用在客戶指定的解決方案中，實際上它的性能可在昂貴的物理樣機制造之前預測出來。通過深入研究，AltairProductDesign建立了三種仿真模型，這三種模型已經通過各種物理測試并與測試結果具有可靠的相關性。LED設計人員可以選擇LED在最佳溫度下工作以保證LED高壽命與每瓦高流明或是以犧牲壽命或效率為條件使其工作在較高的溫度。
展開 Altair ProductDesign幫助完成產品散熱系統設計
最好的解決方式是將LED與粘接在散熱片上的PCB板焊接起來。如此一來，PCB板用于電路板的原始功能就能保留下來。盡管PCB具有一定的熱傳導性，它們仍可用作隔熱層。
新材料新理念
陶瓷散熱器CeramCool?是一種電路板與散熱器有效結合的結構，可以實現熱敏感零部件與電路的可靠散熱。它能使零部件直接或永久連接。同時，陶瓷是一種絕緣材料并可通過金屬墊片提供粘接面。用戶可以指定任意形狀的結構，這些結構甚至可以包含三維結構。這種散熱器逐漸成為一種基本的模塊并可以緊密關聯LED和其它部件。它可在不創建任何隔熱層的情況下快速散發熱源產生的熱量。
設計概念的有效性證明
應用陶瓷的想法是在多組仿真模型中反復比對之后確定的。為了預測不同設計方案的熱特性，Altair ProductDesign研發了一種基于計算流體動力學的仿真流程和用于4W燈具散熱的、優化的陶瓷散熱器。研發過程中考慮了制造工藝要求。優化的結構使得4W的LED工作時最大溫度低于60℃，并且通過了物理實驗驗證。這一方案具有方形的外形(38mm x 38mm x 24mm)，而且在較大空間中包含細長的片狀物。在鋁制同種結構（PCB上安裝LED）上將比它高出很多。根據PCB不同的熱傳導率（從λ=4W/mK到1,5W/mK），溫度將上升6K到28K。對LED來說，熱點區域即使是6K的溫度降低，也會對其應力減少產生重大的影響。
概念靈活性
大多數CeramCool?應用在客戶指定的解決方案中，實際上它的性能可在昂貴的物理樣機制造之前預測出來。通過深入研究，Altair ProductDesign建立了三種仿真模型，這三種模型已經通過各種物理測試并與測試結果具有可靠的相關性。
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