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回流焊中常见的锡珠现象
本文对回流焊中常见的锡珠现象的成因进行了分析并提出解决方法。 1 概述 锡珠是回流焊中经常出现的缺陷。锡珠多数分布在无引脚的片式元件两侧，大小不一且独立存在，不与其它焊点连接，见图?。锡珠的存在，不仅影响产品的外观，更重要的是会影响产品的电气性能，或者给电子设备造成隐患。锡珠生成的原因是多方面的，既可能是焊料原因，也可能是工具或操作等原因造成，下面将一一讨论。 2 锡珠的成因及解决办法 （1）原因一：模版开口不合适。钢网开口太大，或由于模版开口形状不合适，导致贴放片式元件时锡膏漫延至焊盘之外，都会致使回流焊中锡珠生成。 解决方法如下。 ①开口尺寸。一般来说，片式阻容元件的模版开口尺寸应略小于相应的印制板焊盘，特别是利用?文件制作的模版，应考虑到线路板一定的蚀刻量，所以此类焊盘的模版开口一般可开为印制板焊盘的90%~95%。 ②开口形状。灵活地选择阻容元件的模版开口形状，可有效地减少或避免锡膏量过多而被挤压出来的情况，图?是几种模版开口形状，制作模版时可以选择其中一种作为阻容元件的开口，这样既可确保焊接锡膏用量，又能有效地防止锡珠形成。 (2)原因二:对位不准。模版与印制板对位应准确且印制板及模版应固定完好，使印锡膏过程模版与印制板保持一致，因为对位不正也会造成锡膏漫延。 解决方法:印刷锡膏分为手工、半自动和全自动。即使是全自动印刷，其压力、速度、间隙等仍需要人工设定。所以不管用何种方法，都必须调整好机器、模版、印制板、刮刀四者的关系，确保印刷质量。 顺便说一下，印锡膏是整个贴片装配过程的前道工序，其对整机贴片焊接来说影响很大，因印刷不良造成的缺陷率远高于其它过程造成的缺陷率，所以印锡膏工艺切不可轻视。 (3)原因三:锡膏使用不当。冷藏的锡膏升温时间不足，搅拌不当，会使锡膏吸湿，导致高温回流焊时水汽挥发致锡珠生成。 解决办法:由于锡膏的有效期较短，一般使用前都是低温存放的，使用时，必须将锡膏恢复至室温后再开盖(通常要求4小时左右)，并进行均匀搅拌后方可使用，急于求成必将适得其反。 (4)原因四:温度曲线不当。回流焊中升温及预热时间不足，锡膏中溶剂没有足够地挥发，高温焊接时因温度的迅速上升导致溶剂飞溅带出的锡膏冷却后成锡珠。 解决方法：回流焊工艺的重要参数就是温度曲线，温度曲线分为四个阶段：预热、保温、回流、冷却，其中预热及保温过程，可减少元件及印制板遭受热冲击，并确保锡膏中的溶剂能部分挥发，若温度不足或保温时间太短，都会影响最终的焊接质量，一般保温的过程为150℃~160℃，70s~90s。 回流焊每次使用前都要调整好温度曲线，确保焊接过程处于良好的工作状态。 （5）原因五：残余锡膏。一般生产过程中特别是在调整模版时，都有一些印制板需要重新印锡膏，那么原来的锡膏必须清除干净，否则残余的锡膏最终会影响锡珠，甚至更严重的质量问题。 解决方法：仔细刮去板上的锡膏，特别要注意不让锡膏流入插件孔内导致塞孔，然后用溶剂清洗干净，若难以清除干净，可将板在有溶剂的超声波清洗机中清洗1分钟左右，可有效地去除板上残余锡膏。 3已形成的锡珠的清除方法 锡珠，由于有其它如助焊剂存在，所以能附着在板上，所以当锡珠无法人工一一去除时，可用锡膏对应的清洗剂对板件进行刷洗，用超声波清洗效果更好，一般来说经过清洗后锡珠可完全去除。 SMT 焊盘设计中的关键技术 夏滔 摘要： 摘要表面贴装技术(SMT)焊盘的设计原理、工艺及存在的实质性问题容易引起误差，总结了SMT印刷电路板常见的影响焊盘设计质量的误差，指出了一些需要特别注意的问题。为相关设计人员提供参考。 SMT 代表表面贴装技术，这是第四代电子贴装技术。它在二十世纪八十年代才进入中国的工业市场，给市场带来了一定程度上的进步与活力。因为这项技术的制作成本较低，占据的空间小，再加上它的可靠性比较高，所以电子工业中它的应用越来越广泛，也越来越普遍了。但每一件事都有利有弊，即便这是项新技术，也是如此。所以本文分析了有关该技术的一些问题，希望对今后的研究有所帮助。 一、概述 贴片图形设计是 PCB 设计的关键部分。它的作用较为明显，即可以决定设备元件在焊盘上应该放置的位置，同时它可以判断焊盘的焊点是否可靠，焊接过程是否会出现危险或缺陷，以及它对焊盘的清洗方面和维修方面都有着一定的重要作用。此外，它对于焊盘的可测试性也有着一定的帮助。焊盘的平面设计是决定表面装配工艺性的关键因素之一。然而，不同规格、不同结构的 SMC/SMD 表面贴装元件，制造商也实现了同一元件的功能，其包装形式也可能不同，对于给定的包装类别，其尺寸有一些不同。由于制造商的不同，使得焊头的宽度尺寸是最重要的，再加上尺寸公差有很多限制，所以焊接板的图形设计非常复杂。因此，我们制定并建立了自己的内部规范，通过对焊盘图形设计的有效控制，以此来降低设计图纸的复杂程度，提高焊点的准确性。表面装配垫的设计与表面装配中对合适零件的选择及焊接工艺方法都有着密切的联系。正确的衬垫应该和所选零件的尺寸相合，并可用于与不同制造商略有不同的零件。它能适应不同的工艺，最大限度地满足布置和布线的要求。 二、焊盘圈形设计中的关键技术 （一）表面组件的选择与焊盘的设计之间的关系 选择合适的元器件的原则是在保证元器件的功能和性能得到满足的基础上，保证所选的零件符合系统和电路的原理，还遵守了装配工艺形式的要求。此外，选择合适的供货商提供元器件，要确保供货商的数量最好一定，不要每一次都改变供货商。这样做，可以在一定程度上减少平面设计存在的一些误差，以至于增加了设计的复杂度。毕竟，不一样的元器件，在设计时需要考虑的因素也不一样。 （二）矩形无源元件焊盘图形设计 不同的元件，其构件的数据不同，采用的焊接技术也不能相同，要有所区别。因此，对于无源元件来说，最好的焊接工艺就是波峰焊和回流焊这两种焊接方式。又由于不一样的焊接方法和工艺，它们焊接时的热量分布也不一样，不同工艺的焊盘图形尺寸也不同，所以，为了更加地优化焊接图形，就需要更好地了解焊接图形的设计。不过最主要的原因其实是，元件在焊接过程中，很容易出现移动和直立。不过，这样的问题，在采用波峰焊这种方式时，由于采用了粘合剂，所以元件的这些问题出现的几率并不频繁。因此，为回流焊设计的最佳焊盘模式适用于波峰焊。显然，矩形元件焊盘在波峰焊和回流焊工艺中的图形设计是可取的。 （三）SOIC、PLCC 焊盘圆形分析 在过去，SOIC、PLCC 和 QFP 元件的焊盘图案都是矩形的。圆形焊接是印刷电路生产的一种良好选择。主要原因如下 :( 首先改善 PCB 表面的食品 / 铅焊接层的平面厚度；其次离子污染少，边角树枝状突性生长减少；最后是焊盘间线路更紧密。 三、设计印制板时与埠盘的关键 （1）对称性。自行设计衬垫时，应严格保持对称使用的衬垫，即衬垫的形状和尺寸应完全相同，图形的位置应完全对称。（2）CAD 系统。设计焊盘图形时最好以 CAD 系统中的焊盘和线条为元素来没计。这样，如果以后图形需要一些改进，也可以根据现有的依据进行再编辑。（3）标志。一般来讲，焊盘内是不能存在一些带有字符或者是图像的标志的，所以，如果需要印刻上标志的话，标志符号的位置必须保证它离焊盘的边缘有一段距离，最好大于 0.5mm。除此之外，如果有焊盘没有外引器件，那么就要确定它的媒盘之间不存在通孔，这样才能保证清洗时焊盘的质量不出问题。（4）引脚。对于每个元器件必须正确标注所有引脚的顺序号，以免引线接脚混淆。同时，对于距离引脚中心 0.65mm，或者大于此距离的其他细间距元件，最好在焊盘图形的对角线方向上面，增加两个用于光学定位的标志，对称的裸铜标志就可以。这样可以大大减少问题的出现，是整个设备的质量得到保证。 四、注意问题 （一）印刷板 在 PCB 板上，需要保留导电图案 ( 如互连线、接地线、相互导体等 )，并且使用的还要是裸铜箔，不要用其他的材料。这就代表着，由于金属镀层和熔点是低于焊接温度的，因此，涂层不应该允许避免开裂或起皱的焊接电阻镀膜的网站，以保证 PCB 板的焊接质量和外观。 （二）查选资料 检查或调用焊盘尺寸图形数据时，一定要选择与自己组件的各项数据都符合的尺寸，还要保证它们互相匹配。工作人员需要克服面对数据分析时，不经过分析比较就直接在软件库中进行复制。以及直接使用 pad 现有的图形这种不良习惯，也是需要改正的。除了这些，在焊盘图形尺寸进行设计、检查或调用时，有必要区分您选择的组件及其代码，焊接相关尺寸等。 五、结束语 SMT 衬垫设计实际说来并不是高尖端的技术，因此存在的设计问题就很容易被设计人员忽视，如果不认真对待，会使投入的资金出现不必要的流失，同时如果重新进行制作就会浪费更多的时间，并不值得。因此，在设计 SMT 印制电路板时，必须充分注意以上几点，确保设计的印制电路板能够满足 SMT 生产工艺的要求，保证焊接产品的质量。为了使印刷板达到最好的性能，我们必须重视它。
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PCB焊盘设计工艺有哪些参数需要注意？
1. 目的 规范产品的PCB焊盘设计工艺，规定PCB焊盘设计工艺的相关参数，使得PCB 的设计满足可生产性、可测试性、安规、EMC、EMI 等的技术规范要求，在产品设计过程中构建产品的工艺、技术、质量、成本优势。 2. 适用范围 本规范适用于家电类电子产品的PCB 工艺设计，运用于但不限于PCB 的设计、PCB 批产工艺审查、单板工艺审查等活动。 本规范之前的相关标准、规范的内容如与本规范的规定相抵触的，以本规范为准 3.引用/参考标准或资料 TS—S0902010001 <<信息技术设备PCB 安规设计规范>> TS—SOE0199001 <<电子设备的强迫风冷热设计规范>> TS—SOE0199002 <<电子设备的自然冷却热设计规范>> IEC60194 <<印制板设计、制造与组装术语与定义>> （Printed Circuit Board design manufacture and assembly-terms and definitions） IPC—A—600F <<印制板的验收条件>> （Acceptably of printed board） IEC60950 4.规范内容 4.1焊盘的定义 通孔焊盘的外层形状通常为圆形、方形或椭圆形。具体尺寸定义详述如下，名词定义如图所示。 1) 孔径尺寸： 若实物管脚为圆形:孔径尺寸（直径）=实际管脚直径+0.20∽0.30mm（8.0∽12.0MIL）左右； 若实物管脚为方形或矩形:孔径尺寸（直径）=实际管脚对角线的尺寸+0.10∽0.20mm（4.0∽8.0MIL）左右。 2) 焊盘尺寸： 常规焊盘尺寸=孔径尺寸（直径）+0.50mm(20.0 MIL)左右。 4.2 焊盘相关规范 4.2.1所有焊盘单边最小不小于0.25mm，整个焊盘直径最大不大于元件孔径的3倍。 一般情况下，通孔元件采用圆型焊盘，焊盘直径大小为插孔孔径的1.8倍以上；单面板焊盘直径不小于2mm；双面板焊盘尺寸与通孔直径最佳比为2.5，对于能用于自动插件机的元件，其双面板的焊盘为其标准孔径+0.5---+0.6mm 4.2.2 应尽量保证两个焊盘边缘的距离大于0.4mm，与过波峰方向垂直的一排焊盘应保证两个焊盘边缘的距离大于0.5mm（此时这排焊盘可类似看成线组或者插座，两者之间距离太近容易桥连） 在布线较密的情况下，推荐采用椭圆形与长圆形连接盘。单面板焊盘的直径或最小宽度为1.6mm或保证单面板单边焊环0.3，双面板0.2；焊盘过大容易引起无必要的连焊。在布线高度密集的情况下，推荐采用圆形与长圆形焊盘。焊盘的直径一般为1.4mm，甚至更小。 4.2.3 孔径超过1.2mm或焊盘直径超过3.0mm的焊盘应设计为星形或梅花焊盘 对于插件式的元器件，为避免焊接时出现铜箔断裂现象，且单面板的连接处应用铜箔完全包覆；而双面板最小要求应补泪滴（详细见附后的附件---环孔控制部分）；如图： 4.2.4 所有接插件等受力器件或重量大的器件的焊盘引线2mm以内其包覆铜膜宽度要求尽可能增大并且不能有空焊盘设计，保证焊盘足够吃锡，插座受外力时不会轻易起铜皮。大型元器件（如：变压器、直径15.0mm以上的电解电容、大电流的插座等）加大铜箔及上锡面积如下图；阴影部分面积最小要与焊盘面积相等。或设计成为梅花形或星型焊盘。 4.2.5 所有机插零件需沿弯脚方向设计为滴水焊盘，保证弯脚处焊点饱满，卧式元件为左右脚直对内弯折，立式元件为外弯折左脚向下倾斜15°，右脚向上倾斜15°。注意保证与其周围焊盘的边缘间距至少大于0.4 4.2.6 如果印制板上有大面积地线和电源线区（面积超过500mm2），应局部开窗口或设计为网格的填充(FILL)。如图： 4.3 制造工艺对焊盘的要求 4.3.1贴片元器件两端没连接插装元器件的必须增加测试点，测试点直径在1.0mm~1.5mm之间为宜，以便于在线测试仪测试。测试点焊盘的边缘至少离周围焊盘边缘距离0.4mm。测试焊盘的直径在1mm以上，且必须有网络属性，两个测试焊盘之间的中心距离应大于或等于2.54mm;若用过孔作为测量点，过孔外必须加焊盘，直径在1mm（含）以上; 4.3.2有电气连接的孔所在的位置必须加焊盘；所有的焊盘，必须有网络属性，没有连接元件的网络，网络名不能相同;定位孔中心离测试焊盘中心的距离在3mm以上; 其他不规则形状，但有电气连接的槽、焊盘等，统一放置在机械层1（指单插片、保险管之类的开槽孔）。 4.3.3脚间距密集（引脚间距小于2.0mm）的元件脚焊盘(如：IC、摇摆插座等)如果没有连接到手插件焊盘时必须增加测试焊盘。测试点直径在1.2mm~1.5mm之间为宜，以便于在线测试仪测试。 4.3.4焊盘间距小于0.4mm的，须铺白油以减少过波峰时连焊。 4.3.5点胶工艺的贴片元件的两端及末端应设计有引锡，引锡的宽度推荐采用0.5mm的导线，长度一般取2、3mm为宜。 4.3.6单面板若有手焊元件，要开走锡槽，方向与过锡方向相反，宽度视孔的大小为0.3mm到0.8mm；如下图： 4.3.7 导电橡胶按键的间距与尺寸大小应与实际的导电橡胶按键的尺寸相符，与此相接的PCB板应设计成为金手指，并规定相应的镀金厚度(一般要求为大于0.05um~0.015um)。 4.3.8 焊盘大小尺寸与间距要与贴片元件尺寸相匹配。 a.未做特别要求时，元件孔形状、焊盘与元件脚形状必须匹配，并保证焊盘相对于孔中心的对称性（方形元件脚配方形元件孔、方形焊盘；圆形元件脚配圆形元件孔、圆形焊盘）,且相邻焊盘之间保持各自独立，防止薄锡、拉丝； b. 同一线路中的相邻零件脚或不同PIN 间距的兼容器件，要有单独的焊盘孔，特别是封装兼容的继电器的各兼容焊盘之间要连线，如因PCB LAYOUT无法设置单独的焊盘孔，两焊盘周边必须用阻焊漆围住 4.3.9 设计多层板时要注意，金属外壳的元件是插件封装时，外壳与印制板接触的，顶层的焊盘不可开，一定要用绿油或丝印油盖住（例如两脚的晶振、3只脚的LED）。 4.3.10 PCB板设计和布局时尽量减少印制板的开槽和开孔,以免影响印制板的强度。 4.3.11 贵重元器件：贵重的元器件不要放置在PCB的角、边缘、安装孔、开槽、拼板的切割口和拐角处，以上这些位置是印制板的高受力区，容易造成焊点和元器件的开裂和裂纹。 4.3.12 较重的器件(如变压器)不要远离定位孔,以免影响印制板的强度和变形度。布局时,应该选择将较重的器件放置在PCB的下方(也是最后进入波峰焊的一方)。 4.3.13 变压器和继电器等会辐射能量的器件要远离放大器、单片机、晶振、复位电路等容易受干扰的器件和电路,以免影响到工作时的可靠性。 4.3.14 对于QFP 封装的IC(需要使用波峰焊接工艺),必须45 度摆放,并且加上出锡焊盘。（如图所示） 4.3.15 贴片元件过波峰焊时，对板上有插元件（如散热片、变压器等）的周围和本体下方其板上不可开散热孔, 防止PCB过波峰焊时，波峰1（扰流波）上的锡沾到上板零件或零件脚，在后工程中装配时产生机内异物 4.3.16 大面积铜箔要求用隔热带与焊盘相连 为了保证透锡良好，在大面积铜箔上的元件的焊盘要求用隔热带与焊盘相连，对于需过5A以上大电流的焊盘不能采用隔热焊盘，如图所示： 4.3.17 为了避免器件过回流焊后出现偏位、立碑现象，回流焊的0805 以及0805 以下片式元件两端焊盘应保证散热对称性，焊盘与印制导线的连接部宽度不应大于0.3mm（对于不对称焊盘），如上面图1所示。 4.4 对器件库选型要求 4.4.1 已有PCB 元件封装库的选用应确认无误 PCB 上已有元件库器件的选用应保证封装与元器件实物外形轮廓、引脚间距、通孔直径等相符合。 插装器件管脚应与通孔公差配合良好（通孔直径大于管脚直径8—20mil），考虑公差可适当增加，确保透锡良好。未做特别要求时，手插零件插引脚的通孔规格如下： 4.4.2 元件的孔径要形成序列化，40mil 以上按5 mil 递加，即40 mil、45 mil、50 mil、55 mil……； 40 mil 以下按4 mil 递减，即36 mil、32 mil、28 mil、24 mil、20 mil、16 mil、12 mil、8 mil. 4.4.3 器件引脚直径与PCB 焊盘孔径的对应关系，以及插针焊脚与通孔回流焊的焊盘 孔径对应关系如表1： 器件引脚直径（D） PCB焊盘孔径/插针通孔 回流焊焊盘孔径 D≦1.0mm D+0.3mm/+0.15mm 1.0mm
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