PCB焊接短路及虚焊问题分析与对策_焊接虚焊的原因
PCB焊接短路及虚焊问题分析与对策由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“焊接虚焊的原因”。
The problem of PCB short circuit and poor soldering analysis
PCB焊接短路问题分析
Author Name/作者： 任万春
Company Name/公司：杭州方正速能科技有限公司
Tel: 26263888-8711 Fax: 26264888
E-mail: renwanchun@founderpcb.com Author Biography/作者简介：1981年3月12日出生，现任杭州方正速能科技有限公司工程 部MI工程师，曾在广东省惠州东阳（博罗）电子有限公司任MI工程师，广东省东莞市长安红板多层线路板有限公司任QAE工程师。
摘要（中文）：
电弧焊接过程中,当焊条未端与焊件表面相接触时,焊接回路就发生了短路。因为PCB板上零件较多，相应的焊接点就多，如果出现零件焊接短路的情况，那么就会造成严重的后果。
短路是电子产品生产过程中较严重的工艺质量问题。大部份短路在测试中是可以发现的，但虚焊式短路有时在测试时电路板仍可能正常工作，不能及时发现，但到现场使用一段时间后，在某个时间又会形成短路造成故障或隐患。焊接短路电流使接触部分的金属温度剧烈的升高而熔化，甚至发生蒸发，使焊条与焊件间的气体电离，从而具备电弧燃烧的条件。本文主要从PCB生产及元器件焊接过程两方面分析产生焊接短路的原因及解决方法。
关键词（中文）：
短路、虚焊、PCB板、元件引脚、焊锡材料、锡波形状。
Abstract（英文摘要）：
Arc welding proce, welding circuit short-circuit when the electrode end of the weldment surface contact.More parts on the PCB, the welding point, if there is a short circuit parts welding, then it will cause serious consequences.Short-circuit is a more serious proce quality problems in the production proce of electronic products.The majority of short-circuit test can be found, but Weld-type short-circuit is sometimes board in the test may still be working properly, can not be found to the site to use for some time, will form a short circuit caused by the failure at a certain time or risks.Welding short circuit current of the metal temperature of the contact part of the dramatic rise and melting or even evaporation, so that the ionization of the gas between the electrodes and welding, and thus have the conditions of arc burning.This article from the PCB production and components of the welding proce of welding short circuit causes and solutions.Keywords（英文）：
short circuit、poor soldering、Printed Circuit Board、component、soldering fluid、tin wave。
一、PCB生产中的微短路现象
虚焊（poor soldering）是焊点处只有少量的锡焊住，看上去焊好了，实际上未能完全融合，造成接触不良，时通时断。虚焊与假焊都是指焊件表面没有充分镀上锡层,焊件之间没有被锡固住,这种情况的发生可能是由于焊件表面没有清除干净或焊剂用得太少以及焊接时间过短所引起的。另外在焊接点有氧化、杂质和焊接温度不佳以及方法不当时也会引起虚焊及微短路现象。
1、操作过程易引起的短路现象 1.1成因分析
PCB生产过程中由于操作失误以及设备缺陷等问题很容易引起线路板短路现象，此类现象较为普遍，不易察觉。
沉铜过程中产生起泡。如图一
图一
压板过程中铜箔起皱。
P片尺寸小于芯板尺寸。如图二
图二
磨板机清洁不足，残留阻焊与火山灰一同粘在线路间。如图三
图三
毡辘碎残留线间,磨板后水洗不足。如图四
图四
蚀刻不净、电镀杂物以及渗镀等原因。如图五
图五
其它由于操作员的个人疏忽而导致的类似现象。
1.2 对策分析
PCB生产过程中由于操作原因为引起的线路板短路现象，大都是发生在产品成型之前，虽然机器及人为的原因不易察觉，但如果对人员进行系统的培训，使其可以对设备进行必要的维护检查，此类现象还是可以避免的。
排版时尽量整平铜箔，人为目测对检验员的技艺水平及经验要求较高。
对已起皱的铜箔进行修正或剪除 ,规范员工操作。
红外线定位排版，保证P片大于CORE的尺寸。对磨板机每班进行一次局部保养检查，月末进行全方位的清洁维护，并专门指定机器做可能有阻焊残留的板子。
检查磨板机喷淋装置是否保持通畅，角度合适, 保证水能够喷到整个毡辘，调整水洗药理在自由控制范围内，过滤网及时清洁，随时检查。
定期检查蚀刻喷咀是否保持畅通，行辘干净无杂质及结晶。
干膜做到铜面无氧化、杂物、压伤以及显影及除油过度等现象。
员工在PCB实际生产过程中除应按规章操作外，还应具备对设备及半成品做经验判断的能力，根据经验及常识操作相应程序，例如：不戴棉手套拿板，不使用破旧的钛蓝袋，运输过程中轻拿轻放等等。日常的许多不良习惯往往对产品生产进度及质量有着至关重要的影响，因此加强培训和宣导就显得尤为重要了。
2、PCB板設計对焊接短路问题的影响：
PCB是电子技术的重要组成部分。进行正确的焊点设计和良好的加工工艺，是获得可靠焊接的关键因素。所谓“可靠”是指焊点不仅在产品刚生产出来时具有所要求的一切性质，而且在电子产品的整个使用寿命中，都应保证工作无误。为此，PCB设计质量 的好与坏就会直接影响到整个PCB产品的使用寿命。
图七
2.1 成因分析 2.1.1
(1)PCB板焊接面没有考虑锡流的排放，所以当有锡料流经时会因为锡的堆积而形成路。如图七
(2)PCB板线路设计太密，过炉时不易脱锡导致短路发生，焊接过程中，在所焊接点的四周电路板上可能会存有熔化的焊锡，这时如果熔解中的焊锡接触到正在焊接的焊点以外四周两个相近的焊脚或金属化过孔时，自然形成搭桥式的短路。
2.1.2
(1)在布局上，PCB尺寸过大时，虽然焊接较容易控制，但印刷线条长，阻抗增大，抗噪声能力下降，成本增加；过小时，则散热下降，焊接不易控制，易出现相邻线条相互干扰，如线路板的电磁干扰等情况。
(2)电路板孔可焊性不好，将会产生虚焊缺陷，影响电路中元件的参数，导致多层板元器件和内层线导通不稳定，引起整个电路功能失效。
(3)在设计插件元件焊盘时，焊盘大小尺寸设计应合适。焊盘太大，焊料铺展面积较大，形成的焊点不饱满，而焊盘太小，易形成不浸润焊点。
2.2对策解析
如何优化PCB设计，用以防止后续因为非操作性失误而引起的焊接虚焊短路问题，全面考虑后续加工过程可能遇到的困难，把板面问题扼杀在源头，这是一个至关重要的环节。2.2.1（1）缩短高频元件之间的连线、减少EMI干扰。（2）重量大的元件，应以支架固定，然后焊接。
（3）发热元件应考虑散热问题，防止元件表面有较大的ΔT产生缺陷与返工，热敏元件应远离发热源。
（4）元件的排列尽可能平行且不要太密集，这样不但美观而且易焊接，而且宜进行大批量生产。导线宽度不要突变，以避免布线的不连续性。避免使用大面积铜箔。2.2.2 影响印刷电路板可焊性的因素：（1）焊料的成份和被焊料的性质。焊料是焊接化学处理过程中重要的组成部分，它由含有助焊剂的化学材料组成，常用的低熔点共熔金属为Sn－Pb或Sn－Pb－Ag。其中杂质含量要有一定的分比控制，以防杂质产生的氧化物被助焊剂溶解。
（2）焊接温度和金属板表面清洁程度也会影响可焊性。温度过高，则焊料扩散速度加快，此时具有很高的活性，会使电路板和焊料溶融表面迅速氧化，产生焊接缺陷，电路板表面受污染也会影响可焊性从而产生缺陷，这些缺陷包括锡珠、锡球、开路、光泽度不好等。
所谓可焊性就是金属表面被熔融焊料润湿的性质，即焊料所在金属表面形成一层相对均匀的连续的光滑的附着薄膜。
2.3 PCB和元器件在焊接过程中产生翘曲，由于应力变形而产生虚焊、短路等缺陷。
翘曲往往是由于PCB的上下部分温度不平衡造成的。对大的PCB，由于板自身重量下坠也会产生翘曲。普通的PBGA器件距离印刷电路板约0.5mm，如果电路板上器件较大，随着线路板降温后恢复正常形状，焊点将长时间处于应力作用之下，如果器件抬高0.1mm就足以导致虚焊开路。
在PCB产生翘曲的同时，元器件本身也有可能产生翘曲，位于元件中心的焊点被抬离PCB、产生空焊。当只使用焊剂而没有焊膏填补空白时，这种情况经常发生。使用焊膏时，由于形变而使焊膏与焊球连在一起形成短路缺陷。另一个产生短路的原因是回焊过程中元件衬底出现脱层，该缺陷的特征是由于内部膨胀而在器件下面形成一个个气泡，在X射线检测下，可以看到焊接短路往往集中在器件的中部。
二.焊接过程中造成虚焊短路的原因分析
短路是电子产品生产过程中较严重的工艺质量问题。大部份短路在测试中是可以发现的，但虚焊式短路有时测试时电路板仍可能正常工作，不能及时发现，但到现场使用一段时间后，在某个时间又会形成短路造成故障或隐患。
1元件产生虚焊的常见原因 1.1 焊锡问题
图八
(1)焊锡熔点比较低，强度不大，由于焊锡熔点低，而元件引脚和固定元件的板子材料不同，其热膨胀系数不同，日久后，伴随着元件工作温度的变化，在热胀冷缩的作用力下，就会产生虚焊现象。
(2)焊接时用锡量太少，在安装或维修过程中，焊接元件时用的焊锡太少，时间长后就比较容易产生虚焊现象。
(3)元件产生的高温引起其固定点焊锡变质，有的元件会产生较高的温度，在长期的高温作用下，固定点的焊锡重者会发生脱焊，轻者出现虚焊故障。
(4)焊锡本身质量不良，如果同时有很多点都出现了虚焊故障，多数原因是因为焊锡本身质量不好引起的。焊料含杂质金属物过多，助焊剂不良等，由于此时其可焊性很差，焊接中感觉焊锡拖泥带水的样子，这时更易造成相近的焊盘或焊点间的短路。在浸焊、波峰焊等自动化焊接中，此种问题更显突出。如图八 1.2 元件问题
(1)线路板敷铜面质量不好，焊接之前线路板敷铜没有很好地进行去脂去氧化层和加涂防氧化涂敷、助焊处理，造成吃锡效果不好。目久后出现了虚焊现象。(2)元件引脚存在应力现象，如果元件安装不到位。或者元件比较重，或者固定元件的线路板存在变形，都会使得元件引脚对其焊点产生应力．在这个应力的长期作用下，就会产生虚焊现象。
(3)元件引脚安装时没有处理好，在元件安装时或者在维修过程中，没有很好地对元件的引脚进行去脂去氧化层处理，或镀锡不好，这也是产生虚焊的常见原因之一。(4)在焊接过程中，两个相距较近的元件间的焊脚间容易形成搭桥式短路现象。拖焊时，如果不能使两脚的焊锡有效隔离开。就很容易使多脚元件，特别是密脚元件，在焊接中出现短路问题。
(5)多脚贴片元件在贴片时，定位偏差，焊接过程中更易造成局部或大面积焊脚间短路，另外，插座、直插式元件，IC座或双列直插式IC，插针等，在焊接过程中，焊锡透过焊接过孔浸到元件面，如果焊接时间过长，过多的焊锡在元件脚间形成短路。1.3 其它问题
图九
(1)回流焊时，如果钢网过厚造成锡浆过多，加热后，自然易形成密脚或多脚IC类焊点间连焊，造成短路。如图九
(2)焊接过程中，烙铁在电路板上方移动中，不小心，烙铁头带着熔化的锡跌落到电路板上，造成短路。手工焊接中，先用烙铁蘸上焊锡丝，再去焊接，经常会出现烙铁移动过程时间较长，焊锡丝内的助焊剂蒸发完毕再去焊接就会出现类似现象。2 对策分析
2.1 焊接中常见的虚焊问题解决办法
（1）添加氧化还原剂，使已氧化的SnO还原为Sn，减小锡渣的产生。
（2）不断除去浮渣；每次焊接前添加一定量的锡；采用抗氧化(含磷)的焊料。（3）采用氮气保护，让氮气把焊料与空气隔绝开来，取代普通气体，这样就避免了浮渣的产生。这种方法要求在氮气保护的氛围下使用含磷的焊料，可将浮渣率控制在最低程度，焊接缺陷最少、工艺控制最佳。
（4）焊接中增加适量助焊剂并掌握好焊接时间，钢网制作厚度符合贴片要求，锡浆用量合适。
（5）增强来料质量检验标准，确定阻焊剂的型号是否符合PCB板的特性，杜绝一切不适用的焊锡材料，焊接前进行FA实验分析，用以调整焊接参数，控制焊接时间，选出最适合的阻焊剂等。
（6）元件引脚、焊端应正对着锡流的方向，以利于接触锡流，减少虚焊和漏焊。较小的元件不应排在较大元件后，以免较大元件妨碍锡流与较小元件的焊盘接触，造成漏焊。（7）轨道倾角对焊接效果的影响较为明显，特别是在焊接高密度器件时更是如此。当倾角太小时，较易出现桥接，特别是焊接中，器件的“遮蔽区”更易出现桥接；而倾角过大，虽然有利于桥接的消除，但焊点吃锡量太小，容易产生虚焊。轨道倾角应控制在5°-8°之间。三 其它问题对策分析
（1）合适的预热是使助焊剂发挥最强活性，保证PCB良好性能的必要条件。预热过低，助焊剂无法发挥良好活性清除PCB表面氧化物，不能达到良好润焊作用﹐而形成短路。预热过高，导致助焊剂失去活性，同样形成多种不良。所以正确掌握预热温度计时间这根据助焊剂厂商提供的助焊剂活性所需要参数来定。
（2）运输链速直接决定了PCB板在预热段时间的长短和沾锡的时间，一般短路的形成除了以上原因外，很多时候是运输过快，PCB板沾锡时间过短造成的，这种情况下，适当降低链速短路就会明显减少。当然，对于一些单面板而言，适当的提高链速，使之快速脱锡，短路也可以减少。一般对于无铅工艺而言，链速1.2m/min，可根据实际情况调整。
（3）锡波形状：过炉时，利用扰流波强有力的冲击PCB，一方面可以清除PCB涂布的多余助焊剂和表面的氧化物，另一方面也可以使贯穿孔良好上锡。经过扰流波后PCB需要再经过三个阶段的平流波：第一阶段，PCB刚接触锡波，助焊剂急速挥发，PCB板受热。第二阶段，PCB板彻底被锡波浸润，贯穿孔上锡。第三阶段，脱离区，PCB与锡波脱离，这一阶段也是短路和各种不良发生区，锡波的平整度直接决定了脱锡的顺利性，能够快速脱锡，短路机会就会降低。在这里，扰流波清除氧化物后，后面经过平流波的再次清理，短路就会大大减少。
（4）过炉的方向需要考虑整个PCB板零件的分布情况，一般在试产时，对于排插的考虑尽量采用纵向过炉，而且在脱锡结束时增加脱锡点，使之更容易脱锡。如果横向过炉，在排插相隔两PAD增加脱锡PAD，脱锡PAD的面积大约是焊点PAD的1-2倍。另外，过炉时适当增加5-6°的倾斜角度，会更有利于脱锡。结束语
综上所述，PCB板在设计，生产，贴装等整个流程中都有焊接的工序，因此，焊接短路问题也贯穿着整个PCB生产过程，每一个工序我们都需要尽可能优化设计，改善工艺，提升焊接质量，保证PCB在其应用过程中发挥着良好的承载作用。在这里我们可以看到，通过优化PCB设计、采用优良的焊料、合理控制焊接过程中的工艺参数，加强操作人员的培训等等，都可以使整个电路板焊接质量得到提高
PCB技术的发展是与安装在其上的元器件的发展息息相关的，从最初的单面板到后来的双面板，再到现如今的多层板及软硬板。随着板上安装元器件数量的增多而产生了电镀通孔，黑孔化等高质量的层间导通技术，这样对PCB加工技术水平的要求就越来越为严格。加之PCB技术的发展又是和元器件的封装方法同步的，所以随着电子元器件的发展以及封装技术的进步，使得PCB产品一直处于高速发展之中，只有不断创新、改良PCB设计与生产技术，才能更好的适应未来元器件封装的要求。
参考文献：
1.汪建华,陈楚,丁风鸣.考虑相变的焊接动态和残余应力的研究[C].第六届全国焊接学术会议论文集,第5册,1990:209~212.2.陈楚, 汪建华, 杨洪庆.非线性焊接热传导的有限元分析和计算[J].焊接学报, 1983(3):139~148.3.郭晶.焊接材料选择原则和实践[J].石油化工设备.2001,1(30):41-43
环境保护问题分析及对策分析关键词： 环境保护 问题 对策 环保队伍建设 投融资体系［论文摘要］随着经济的发展、生活水平的提高，环境问题逐渐成为人们关注的焦点。本文从产业结构......
虚高药价的成因及对策分析药价虚高现状日前，国家发改委发布《药品出厂价格调查办法(试行)》并从12月1日起实行，同时将对国家发改委定价范围内的药品开展出厂价格调查。发改委......
社会治安问题的分析与对策目前我国正处在城市化加速时期，如何加强社会治安管理已成为事关社会稳定、国家统一和民族团结的大事,事关人民群众的安居乐业、国民经济的持续健康......
北京大学网络教育学院经济专题讲座 课程论文失地农民问题的分析与对策摘要:随着城市化进程的加快，征地规模越来越大，失地农民日益增多，由于征地补偿机制的缺失，使得相当一部分农......
农村党员信教问题分析及对策党员管理、党员教育是党最基本也是最重要的工作。在新的形势下，党员管理、教育出现了新的情况，新的问题。在新疆这样一个信教群众较多的多民族聚居......
