印制电路板焊接缺陷研究

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摘要：随着电子行业在我国发展迅猛，电子产品已经深入到人们的生活与工作中，作为电子产品中的关键零件，印制电路板发挥着重要的作用。基于此，本文以印制电路板焊接缺陷作为研究对象，分析印制电路板设计、可焊接性以及变形等因素造成的焊接缺陷，以无铅焊接技术为例分析并对焊接缺陷加以改进。

关键词：印制电路板；焊接缺陷；无铅焊接技术

从本质上讲，焊接工艺属于一项化学处理工艺，不同的焊接对象拥有不同的焊接工艺，焊接时所使用的化学原理也会不同。印制电路板可以将电子产品中的电子元器件相互连接，使其成为完整的电路系统，随着电子产品的发展，印制电路板结构越来越复杂，在焊接过程中人们难免遇到各类焊接缺陷，需要额外重视，并采用有效的措施降低焊接缺陷发生概率。

1印制电路板的焊接缺陷

1.1印制电路板设计不合理导致的焊接缺陷。电子产品中印制电路板的大小规格不同，人们在焊接时需要将印制电路板进行后期制作，防止其对焊接工艺造成影响。如果印制电路板尺寸过大，焊接时就会有较长焊接线条，进而影响印制电路板声抗与阻抗，不利于印制电路板在电子产品中使用性能的提高。不仅如此，如果印制电路板尺寸较大，焊接线条增加，将会给印制电路板带来更高的生产成本，不利于生产企业经济效益的提高。相反，如果印制电路板尺寸过小，将会加大焊接工艺的难度，且相邻的焊接线条之间会互相产生干扰，例如电磁干扰。针对印制电路板因设计不合理存在的焊接缺陷，要求设计师在设计印制电路板尺寸的时候，加强对电路板的优化设计，结合自身设计经验，根据印制电路板的布局与结构，避免缺陷问题再次发生[1]。1.2印制电路板上孔可焊接性造成的焊接缺陷。印制电路板孔的可焊接性会直接影响电路板的焊接质量，也会影响其他元器件性能参数，不利于元器件性能提高。如果焊接孔的焊接性较差，将会影响电路板层之间的稳定性，不利于层与层的稳定性。分析影响印制电路板上孔焊接性能的因素，具体如下。1）焊料组成成分。这是影响印制电路板焊接性能的关键性因素，当前人们经常使用Sn-Pb和Sn-Pb-Ag两种焊接材料成分，要求焊接人员结合自身工作经验科学选择焊料。虽然很多焊料组成成分相同，但是不同厂家生产下，焊料焊接性能也会不同，原材料的选择和机械设备的使用都会影响焊料中的杂质情况。2）被焊料。这是印制电路板焊接工艺中的受体，被焊料的状态也会影响焊接质量。不同印制电路板焊接属性自然不同，企业需要根据其属性应用相应的焊接工艺。例如，如果焊料表面有杂质污染，在焊接时就会将杂质融入焊料，将其保存在焊接线条内部，不利于延长印制电路板的使用寿命。3）印制电路板焊接条件。焊接的过程也是物质发生化学变化的过程，原料在不同的反应条件下会有不同的物质状态，如果焊料与被焊料相同，但是焊接条件不同，将会导致焊接结果不同。如果人们无法选择恰当的焊接条件，将会导致焊接缺陷发生。例如印制电路板焊接温度，如果温度过高，将会导致印制电路板被烧毁，使电路板失去电子属性，影响电子产品的使用性能[2]。1.3印制电路板变形造成的焊接缺陷。从电脑或者电子产品中直接拆卸印制电路板下来，就会发现电路板上经常有弯曲现象。造成印制电路板变形弯曲的原因有很多，例如印制电路板上下温度不够均匀，或者元器件在印制电路板上重量分配不均匀。如果印制电路板严重变形，将会导致焊接缺陷发生，焊接的时候焊接部位会有明显的凸起现象或凹陷现象，凸起的部分在焊接时变成了薄焊，该部位不牢固，印制电路板长时间应用后焊接效果会下降；凹陷的部位导致焊点无法与其接触，最终在印制电路板上形成了空焊现象，长时间使用后也会面临失效问题。与上文提到的两种焊接缺陷相比，印制电路板变形本身就是一种焊接缺陷，无论焊接时散热是否正常，焊接时产生的热量都会导致印制电路板发生不同程度的变形。因此，面对这一现象，人们需要从印制电路板原材料入手，以保证印制电路板使用寿命为前提，尽可能的选择刚性强、不受温度影响的材料作为焊接的材料，同时改进外部焊接环境，提高印制电路板的焊接质量，提高焊接工艺中的散热效率，尽可能的降低焊接缺陷发生概率。

2无铅焊接技术的实践应用

2.1再流焊接。伴随着电子产品体积的不断缩小，产品重量减轻的同时，功能不断增强，为了遏制焊接缺陷的发生，人们使用无铅焊接技术提高印制电路板的焊接质量。其中再流焊接技术最为常见，人们对印制电路板进行无铅化电子组装时，无论是贴片工序还是铅工艺都没有太多区别，而再流焊接、印膏以及检测工序有着独特的工艺特点。印制电路板的无铅焊料中，成分主要为SnAg和SnAgCu，其熔点比传统的焊接材料低11℃。无铅焊膏与共晶SnPb焊膏相比，工艺特性显示，但是前者的流变性、粘性以及使用寿命更加优秀，无铅焊膏密度比较小，金属颗粒较小，可以有效抑制印制电路板在焊接中存在凹陷或者凸起等缺陷。与传统的焊接工艺相比，无铅再流焊接的升温时间比较长，需要提前将炉子预热，且无铅焊膏熔点高，焊接时峰值温度高，工艺窗口小，因此人们需要严格控制焊膏的温度和焊接时间。可以使用红外辐射和强制热风对流的方式进行焊膏加热，同时使用氮气作为焊接工艺时的保护气体，提高无铅焊膏的润湿性与可焊性。由于无铅焊接中，焊点的外观看起来暗淡没有光泽，且手感粗糙，润湿角不如传统的圆润，在检测时人们需要对炉后AOI和人工检测进行修改，确保无铅焊接技术的焊点标准符合印制电路板焊接需要。为使电路板美观且容易焊接，尽可能将元件进行平行排列，这样也有利于进行大批量生产。电路板设计的最佳比例应该为4∶3的矩形。导线宽度应该尽量均衡，防止布线不连续。应该避免使用大面积铜箔，防止其在电路板长时间受热时发生膨胀和脱落的现象。2.2手工焊接。手工焊接时，人们会选择成本比较低的SnCu焊料，建议将烙铁的温度控制在370℃以上，不超过400℃，手工焊接时需要科学选择电烙铁。如果是功率超过60W的恒温烙铁，为了使印制电路板达到焊接温度，防止长时间高温焊接时对印制电路板的元器件造成损伤，可以使用该恒温烙铁，保持PCB性能，避免烙铁头因为温度过热损伤烙铁，或者在焊接中出现飞溅问题。建议选择质量可靠的烙铁头，且烙铁头表面应带有防护镀层，防止高锡含量的焊料对烙铁头造成腐蚀影响。建议选择回温性能良好的电烙铁。由于焊接时烙铁头热量也会传递到印制电路板焊盘上，烙铁头温度下降，如果其回温性能不强，拖焊到焊点时，烙铁头温度严重不足，将会产生拉尖问题。相比之下，如果烙铁回温性能好，当温度下降时，烙铁头会重新补充热量，提高温度，让烙铁头温度保持在稳定状态，从而每一个焊点都能在控制区完成焊接。一般情况下，烙铁头的尺寸不会影响印制电路板元器件，建议选择可以和焊点接触的几何尺寸的烙铁头，从而提高印制电路板焊接效率[3-4]。

3总结

印制电路板在生产与制造进程中，焊接工艺是一项重要工序，其焊接质量将会直接影响印制电路板的使用性能，并关系到电子产品的使用寿命。因此，人们需要从优化印制电路板结构设计、降低印制电路板变形、改进印制电路板孔的可焊性入手，降低焊接缺陷发生概率，提高印制电路板的合格率。

参考文献：

[1]岳德周,张记伟,韩超.电子设备工艺缺陷与可靠性、维修性分析[J].无线互联科技，2018，15(12)：69-70.

[2]王兆雅.浅析印制电路板的焊接缺陷[J].科技与企业，2014(11)：337.

[3]吕长平.印刷电路板焊接缺陷分析[J].电子工程师,2001(6)：57-58.

[4]杨公达.印制电路板焊点激光检测工艺研究[J].电子工艺技术，1991(3)：31-33.

作者:徐洋 郭泽华 单位:许昌电气职业学院电气工程系