波峰焊接中元器件面再流焊点重熔案例分析

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一、现象描述
某采用SMT/THT混装安装技术的PCBA，首先采用再流焊接工艺将表面组装元器件焊接到PCB的上表面。然后，再使用波峰焊接工艺将通孔元器件（从PCB上面插入）及表面组装元器件焊接到PCB的下表面。在进行下表面波峰焊接过程中，发现位于波峰焊接面的上表面原已再流焊接好的某些焊点，如BGA、CSP等元器件再次重熔，造成隐患。
如果波峰焊接过程中导致上表面温度超出再流焊接焊点焊料的熔点，SMD组件会被再次熔化。焊料可能会被吸走，从而使元器件引脚脱离焊盘。有时引脚和焊盘之间也会保留少许的连接并能通过电流，这时要发现这种缺陷就更加困难了。
图1说明了在波峰焊接过程中，造成位于PCB上表面的BGA器件的焊料球变形和半润湿的实例。
图1
二、形成原因及机理
由于波峰焊接时导致PCB上表面相关再流焊点温度过高，从而导致再流焊点焊料重熔，使焊点变形、反润湿甚至脱焊。
图2中描述了在波峰焊接过程中向PCB上表面的焊点传递热量的途径，以BGA为例介绍如下。
图2
● 途径A：由PCB的下表面通过PCB厚度向上表面进行传热。
● 途径B：通过导通孔，沿导通孔与BGA焊点焊盘连接的导线轨迹进行传热。
● 途径C：通过安装在波峰焊机上面的预热器的对流和辐射传热。
因此，焊接时应注意以下几点。
（1）有铅焊接时。为防止PCB上面的BGA、QFP等细间距焊点出现上述问题，其上表面温度不应超过150℃。图3为波峰焊接工艺中，用于混装PCB上的焊点可接受的温度曲线的一个实例。
图3
（2）无铅焊接时。由于无铅焊料的熔点高于Sn37Pb焊料的熔点，因此，在PCB上表面已贴装并已再流焊接好无铅元器件的情况下，再用波峰焊接其下表面时，对于SnAgCu焊料来说，应控制PCB上表面的再流焊点上的温升小于190℃。
三、解决措施
在波峰焊接过程中，防止顶部焊点二次重熔的方法是：有针对性地利用如图2所示的三种传热途径中的一种或多种对策来降低传递给BGA焊点的热量。
具体方法如图4所示。
图4
（1）在BGA封装的上面安装一个热屏蔽板，以防止波峰焊接设备中预热器的直接加热。可采用机械的方法将这些屏蔽板安装到波峰焊接的托板上。
（2）利用阻焊膜覆盖PCB下面的导通孔。在PCB设计过程中，导通孔覆盖规则应成为可制造性设计（DFM）的组成部分。
（3）将非金属防护屏直接安装在PCB下表面与BGA封装定位区域的下面，以避免波峰接触PCB上的这些位置。还可以通过非金属指爪将波峰防护屏安装在波峰托板上。
根据樊融融老师的现代电子装联工艺缺陷及典型故障100例改编


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