在PCBA加工過(guò)程中，波峰焊一直是插件類產(chǎn)品的重要焊接工藝。尤其是在工業(yè)控制、電源設(shè)備、汽車電子以及通信產(chǎn)品中，許多通孔器件仍然依賴波峰焊完成組裝。但很多項(xiàng)目在量產(chǎn)階段，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同一種現(xiàn)象：部分焊點(diǎn)持續(xù)虛焊、少錫、連錫，甚至出現(xiàn)批量返修。工程人員反復(fù)調(diào)整錫爐溫度、鏈速、噴霧參數(shù)后，問(wèn)題依舊無(wú)法徹底消除。真正進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)分析后才發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題并不完全來(lái)自工藝，而是PCB設(shè)計(jì)階段已經(jīng)埋下了隱患。

其中最典型的，就是波峰焊中的“遮蔽效應(yīng)”。所謂遮蔽效應(yīng)，本質(zhì)上是錫波在流動(dòng)過(guò)程中，被前方元件阻擋，導(dǎo)致后方焊點(diǎn)無(wú)法獲得穩(wěn)定焊料覆蓋。這類問(wèn)題在高密度PCBA設(shè)計(jì)中越來(lái)越常見(jiàn)，而且一旦進(jìn)入批量生產(chǎn)，往往比普通焊接缺陷更難控制。

一、很多波峰焊問(wèn)題，其實(shí)從Layout階段就已經(jīng)開(kāi)始了

不少研發(fā)工程師在PCB布局時(shí)，更關(guān)注電氣邏輯、結(jié)構(gòu)尺寸以及布線空間，對(duì)波峰焊的流動(dòng)路徑考慮較少。尤其是在板面積緊張的項(xiàng)目中，插件器件經(jīng)常被密集排列，大器件與小器件之間幾乎沒(méi)有緩沖區(qū)域。

這種布局在靜態(tài)圖紙里看不出問(wèn)題，但到了PCBA加工現(xiàn)場(chǎng)，錫波是動(dòng)態(tài)流動(dòng)的。當(dāng)熔融焊錫經(jīng)過(guò)高器件區(qū)域時(shí)，流速和方向都會(huì)發(fā)生變化。前方器件會(huì)像“擋板”一樣打亂錫流，導(dǎo)致后方焊點(diǎn)進(jìn)入陰影區(qū)域。

現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的情況，就是高連接器后方的小型DIP器件反復(fù)虛焊，或者變壓器后方連續(xù)出現(xiàn)不上錫。很多時(shí)候，同一位置的不良會(huì)在不同批次反復(fù)出現(xiàn)，因?yàn)閱?wèn)題根源并不在設(shè)備，而是在PCB布局本身。

二、器件擺放方向，會(huì)直接影響錫波流動(dòng)

波峰焊與回流焊最大的區(qū)別，在于它對(duì)器件方向更加敏感。在PCBA加工現(xiàn)場(chǎng)，錫波是沿固定方向流動(dòng)的。如果大型連接器、排針或者變壓器垂直于錫波方向擺放，就會(huì)形成明顯的阻流區(qū)域。錫波經(jīng)過(guò)器件前端后，后方區(qū)域的焊料覆蓋會(huì)明顯下降。

很多研發(fā)在設(shè)計(jì)時(shí)，只考慮器件是否能擺下，卻忽略了“錫是怎么流過(guò)去的”。成熟的PCBA設(shè)計(jì)，會(huì)在Layout階段提前規(guī)劃波峰焊方向，讓長(zhǎng)條形插件器件盡量順著錫流方向排列，而不是橫向阻擋。這樣做雖然有時(shí)候會(huì)增加布線難度，但能夠明顯提升焊接穩(wěn)定性。很多高良率項(xiàng)目的差距，并不在于設(shè)備多先進(jìn)，而是前端設(shè)計(jì)已經(jīng)提前為工藝讓出了空間。

三、高低器件混排，是遮蔽效應(yīng)最容易失控的地方

在很多混裝類PCBA產(chǎn)品中，經(jīng)常會(huì)看到一種布局：大型器件旁邊緊貼小型插件器件。例如變壓器旁邊放小電阻、大電容后方安排IC插座、連接器附近密集布置DIP元件。這類設(shè)計(jì)在原理圖上沒(méi)有問(wèn)題，但在波峰焊階段，后方小器件往往最容易出現(xiàn)焊接異常。

因?yàn)楦咂骷粌H改變錫流，還會(huì)影響局部溫度分布。焊錫流到后方時(shí)，潤(rùn)濕能力已經(jīng)下降，小焊點(diǎn)更容易形成少錫或者虛焊。很多PCBA加工項(xiàng)目在試產(chǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)某些位置怎么調(diào)參數(shù)都不穩(wěn)定。最終重新分析Layout后，才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題來(lái)自器件高度分布不合理。這也是為什么PCBA加工廠在DFM審核時(shí)，不只是看焊盤(pán)，更會(huì)重點(diǎn)看元件之間的空間關(guān)系。

四、適當(dāng)增加間距，比后期返修更有效

很多研發(fā)團(tuán)隊(duì)為了壓縮PCB尺寸，會(huì)不斷減少器件間距。尤其是在成本壓力較大的項(xiàng)目中，PCB面積往往被壓縮到極限。但對(duì)于波峰焊來(lái)說(shuō)，過(guò)度緊湊的布局會(huì)讓工藝窗口變得非常窄。

一旦錫流無(wú)法穩(wěn)定通過(guò)，后期就只能依賴人工補(bǔ)焊和返修維持良率。而返修不僅增加成本，還會(huì)影響焊點(diǎn)可靠性。在PCBA加工項(xiàng)目中，工程團(tuán)隊(duì)通常會(huì)在以下區(qū)域主動(dòng)預(yù)留空間：大型器件后方區(qū)域、連接器周邊、密集插件之間以及高低器件過(guò)渡區(qū)域。這些“看起來(lái)浪費(fèi)”的空間，實(shí)際上是在給錫波留通道。

特別是在無(wú)鉛工藝環(huán)境下，由于焊料流動(dòng)性本身低于傳統(tǒng)有鉛工藝，遮蔽效應(yīng)會(huì)更加明顯。如果前期設(shè)計(jì)沒(méi)有預(yù)留工藝余量，量產(chǎn)階段往往會(huì)持續(xù)出現(xiàn)焊接不穩(wěn)定。

五、真正穩(wěn)定的波峰焊，靠的是設(shè)計(jì)與工藝同時(shí)配合

很多企業(yè)在波峰焊不良出現(xiàn)后，第一反應(yīng)是調(diào)整設(shè)備參數(shù)。但實(shí)際上，如果PCB結(jié)構(gòu)本身已經(jīng)形成嚴(yán)重遮蔽，再怎么調(diào)整錫爐，也只能緩解問(wèn)題，很難徹底消除。真正穩(wěn)定的PCBA加工項(xiàng)目，通常會(huì)在設(shè)計(jì)階段就同步考慮：器件高度分布、波峰焊流向、焊盤(pán)吃錫能力、元件間距以及熱容量平衡。

因?yàn)椴ǚ搴副举|(zhì)上是一個(gè)“流動(dòng)過(guò)程”。錫波是否能夠穩(wěn)定通過(guò)，很多時(shí)候比單純的溫度參數(shù)更重要。尤其是汽車電子、電源控制板以及工業(yè)類產(chǎn)品，對(duì)長(zhǎng)期可靠性要求更高。如果量產(chǎn)過(guò)程中長(zhǎng)期存在局部虛焊，后期現(xiàn)場(chǎng)故障率會(huì)明顯增加。

六、越來(lái)越多的PCBA工廠，已經(jīng)把波峰焊分析提前到DFM階段

過(guò)去很多研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，波峰焊問(wèn)題屬于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)處理范圍。但隨著PCB密度越來(lái)越高、混裝工藝越來(lái)越復(fù)雜，很多工廠已經(jīng)開(kāi)始在DFM階段提前介入分析。成熟的PCBA加工團(tuán)隊(duì)，在工程審核時(shí)會(huì)重點(diǎn)關(guān)注：器件是否阻擋錫流、插件方向是否合理、高低器件是否混排、局部區(qū)域是否容易形成陰影區(qū)，以及焊盤(pán)設(shè)計(jì)是否適合波峰焊。

因?yàn)檎嬲绊懥慨a(chǎn)穩(wěn)定性的，往往不是單一工藝參數(shù)，而是設(shè)計(jì)是否真正考慮了制造過(guò)程。在PCBA加工中，波峰焊的很多問(wèn)題，其實(shí)都能在設(shè)計(jì)階段提前避免。一個(gè)合理的Layout，不僅能減少虛焊和連錫，更能讓后續(xù)量產(chǎn)擁有更大的工藝容錯(cuò)空間。

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