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1、摘要波峰焊接技术，是一门综合性很强的应用技术，它以钎接的效率高、可靠性好，在现代产品生产中， 已经占有相当突出的地位，国外先进国家波峰焊技术已经全面取代了手工烙铁焊法。这些成就的取得不仅 取决于焊接设备及焊接工艺的各个环节，而且也与印制电路板（PCB）的图形设计的工艺性及制作质量息 息相关，它们之间构成了一个复杂的相关工程体系，只有运用系统工程理论来全面分析各因素独自的影响 及他们的相关性，从而找出它们之间的最佳配合关系，才能达到预期的目的和效果。本文仅就 PCB 图形设 计的工艺性及制作质量对波峰焊接效果的影响，作些探讨和分析。 关键词印制电路 图形设计 波峰焊 一、PCB 图形设计的工艺性
2、对波峰焊接效果的影响 1、PCB 布线的取向随着电子产品向轻、薄、短、小方向的发展，PCB 的布线密度大幅度增加，间距越来越小，这样就增 加了波峰焊接时的相邻导线间产生桥接的危险性。因此设计者应使所有相互靠近的线系尽量取平行于焊接 时的运动方向。这样由于液态铅料和他们之间相互运动产生的擦拭作用降低了产生桥接短路的危险性。国 外流行的“X-Y 坐标布线”就是这种设计思想的发展和体现。所谓“X-Y 坐标布线”即布设在 PCB 一面的 所有导线都与 PCB 边沿平行，而布设在另一面的所有导线都与先布线的一面导线正交。良好的 PCB 布线几乎可以完全消除桥接现象。在普通 PCB 上比较小的间隙也可以很
3、安全地进行波峰焊 接。“X-Y 坐标布线法”适用于双面或多面 PCB，对单面 PCB 不完全适应。但设计单面 PCB 的布线时也必 须遵循密集的布线簇的走向，应尽可能取与焊接方向平行或者成一个小的夹角，切忌与焊接方向垂直。 2、IC 插座焊盘的排列走向单列直插和双列直插及小型开关的引出线焊盘的排列方向应与焊接方向垂直，这样引线焊盘之间顺焊 接方向有较大的空隙，因而可明显地减少桥接的可能。 3、焊盘的形状焊盘的形状一般要与孔的形状相适应。即圆孔作圆焊盘；长方孔作长方焊盘。而孔的形状一般要与焊 接元件引线相对应。即；圆线作圆孔；方线作方孔。否则在波峰焊接中容易产生假焊或孔穴缺陷。另外在 大批量生产
4、中，方孔有许多缺陷，所以已趋向于设计成长圆孔。对于长边小于 08mm 的扁平引线由于其 尺寸已足够小，所以允许用圆孔与其配合。在设计过程中注意整个板面焊盘要个个分明，不允许有重叠交 连。 4、直线密集形焊盘直线密集型焊盘就是指的 IC 所用的焊盘，对此类焊盘一般采用开圆孔并作圆形焊盘，不宜作长方形 或长圆形。理由是圆点相邻，而长方形、长圆型是线相邻。据有关资料介绍，焊盘之间的桥接率（在相同 的排列方向混合焊接向下），后者是前者的 38 倍. 5、焊盘与孔的同心度焊盘与孔不同心，则几乎百分之百产生孔穴缺陷，气孔或吃锡不均匀的毛病。由于金属表面对液体的 吸附力，是与表面积的大小有关的，面积大的表面
5、吸附力也大，这就导致了液态焊料是从窄处向宽处流动， 窄处的铅料被拉走而出现吃锡量少的现象。如图示： 6、焊盘与孔直径的配合根据大量的现场应用情况可知，焊盘与孔直径配合不当，将严重影响焊点形状的丰满程度。据有关文 献介绍，焊电的机械强度主要取决于焊点接合部的合金化程度。只要充分合金化了，焊点所包裹的钎料量 的多少对强度的影响不是很明显的。当接触 45 时，焊点的机械强度最好，抗拉强度平均可达 67Kg /mm,抗拉试验断裂处几乎都是发生在引线上。45 条件的形成，主要取决于焊盘的直径和引 线之间所取的比例关系。此外，孔的中心与焊盘中心的偏离也会影响焊点的质量。下面根据有关文献推荐 一组盘、孔间配
6、合的优选尺寸。焊盘与孔的尺寸配合关系引线孔直径（MM）0.81.01.21.62.0焊盘直径2.0，2.5，3.03.54.07、导线线性的设计在设计 PCB 导线的线性时，主要要求导线应平滑均匀，渐变过渡，切忌成直角的急弯及尖角，以免在 焊接中引起铜箔剥离和形成焊疤或焊料过分堆积。对于密集型导线簇，在布线区间受限制时，在保证电流 密度要求的情况下，应尽量减小导线宽度以增大间距，减少焊接中桥接的可能。大块的铜箔面积，在波峰 焊时往往易形成钎料瘤和拉尖现象，因此可以通过设置网孔或窗口来解决。 8、焊盘与印制连接盘、线相连接，一般要采取圆角过渡，方形焊盘和印制导线接不要有直角，以免焊后在尖角处翘起
7、和 产生裂纹。盘线要分明，这样焊后的焊点丰满；盘线相近或焊盘不分时，则焊后会产生吃锡不匀，焊点干 瘪等毛病。 二、PCB 制作质量对波峰焊接效果的影响PCB 制作质量对波峰焊接效果具有至关重要的作用，在 PCB 制作过程中影响其质量的因素很多，但其 中起主导作用的则是印制导线本身所具有的“可焊性”。所谓 PCB“可焊性”：就是指 PCB 在组装中软钎 接的难易程度，它可以用设备在组装中出现虚焊、假焊的概率来衡量其优劣。影响 PCB 可焊性的原因是多 方面的，有自然的，有人为的，也有制造工艺的等等。下面仅讨论 PCB 制造工艺的不良，导致“可焊性” 的各种可能性因素。 1、PCB 制版前预加工的
8、缺陷PCB 制版过程中，人们往往习惯用微粒状磨料来擦磨板面，企图以此来除去铜箔表面的杂质和氧化物。 然而就是这种不良的操作，就留下了后患，磨板时磨料的微粒可能在电镀前就被嵌埋在软铜的表面，又形 成了一层新的界面杂质层，阻挡了钎料对铜箔表面的润湿，初次焊时看上去似乎是成功的，当重新焊接时， 这些微粒就暴露出来了使连接点无法被钎料真正“浸润”。这种工艺性缺陷所形成的“可焊性不良所表 现的现象特征往往是大面积的。 2、助焊预处理层选择不当助焊预处理层主要是对铜箔表面起保护作用，防止其表面被氧化和锈蚀。另外起助焊作用，提高 PCB 铜箔表面对液态钎料的亲和性。助焊预处理层如果选择不当将会对 PCB 质
9、量造成很大影响。目前有银涂覆 层、金涂覆层和锡铅合金涂覆层，银本身在大气不稳定，极易和大气中的氧气、硫等起化学反应发黄变 黑，根本无法保证其良好的可焊性。另外银具有迁移现象，在潮湿和直流电场的综合作用下，沿绝缘材料 的表面和内部要发生徙动，造成外观上的污染和电器上的短路。因此目前国外高可靠性电子设备都不采用 这种涂覆层，美国宇航局（NASA）就明文禁止使用。金层虽然是一种优越的抗腐蚀保护层，不易氧化，焊 接性好，耐磨，接触电阻小等优点。但是在需要软钎接部位有了金却是有害无益的。因为使用金涂覆层的 表面，在波峰焊时所形成的焊点将存在下述三个问题： （1）修理时，再次钎接就困难了； （2）振动容易产生疲劳断裂； （3）容易向液态焊料中扩散而产生脆性。电镀锡铅字合金处理层，可以同时获得短的濡湿时间和大的扩散面积比较适用于波峰焊。而用热滚法 获取的涂覆层波峰焊时间润湿性就差一些，而且极不稳定，时好时差且焊接面呈网状纹影响光泽。波峰焊接技术是一项系统工程，它已取得的优异的应用效果有赖于多学科、多专业的协同和配合。因 此必须在一开始就在设计、制造和规划等方方面面采取各种保护措施，并认真地控制整个相关的生产过程 才能从根本上提高产品的可靠性。参考文献 1、实用 SMT 设计技术四川省电子学会 SMT 专委会 2、可焊性技术江苏省电子工业研究所 3、印制电路技术四川省电子学会印制电路专委会
