0402封装元件SMT焊接缺陷分析及改进

朱 海

（中国电子科技集团公司第四十一研究所，安徽 蚌埠 233010）

一、前言

电子产品的发展趋势是重量越来越轻、外形越来越小，对元器件的要求则是尺寸越来越微型化，同时对PCB的可制造性设计要求也越来越高。PCB设计是保证表面组装质量的首要条件之一，不良设计在SMT生产制造中的危害非常大。如果PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置十分正确，再流焊后也会出现元件位置偏移、虚焊、立碑、短路等焊接缺陷。本文将结合生产实际，以0402封装元件焊盘设计不合理造成的焊接缺陷为例进行分析，并提出相应的改进方法。

二、背景

XXX 课题印制板在锡膏印刷、机器贴片、回流焊接等操作过程均符合工艺要求的情况下，再流焊后，印制板上0402元件均不同程度出现了元件虚焊、立碑、偏移等焊接缺陷，主要缺陷类型见图1。

图1 0402元件焊接缺陷

针对图1所示焊接缺陷，为了获得合格的焊接质量，需要通过手工、借助必要的工具进行返修，不但浪费人力，还会延误工期。此外，返修时重复加热可能会造成元件焊端的可靠性降低、焊盘附着力降低、损坏元器件和印制板等缺陷，直接影响到产品的可靠性。

三、原因分析

在确认生产操作过程没有问题后，结合印制板的PCB文件对图1所示的焊接缺陷进行分析，发现产生图1所示焊接缺陷的原因主要有以下2种：

1.焊盘内间距偏大

0402元件封装外形及尺寸参数如图2所示：

图2 0402元件封装外形及尺寸参数

该印制板上焊接0402元件的焊盘外形尺寸如图3a所示。理想状态贴片效果如图3b所示。

图3 印制板焊盘设计及理想的贴片效果

由图3b可以看出，由于焊盘内间距偏大，理想状态贴片后元件焊端仍然会超出焊盘，导致焊端与焊盘的接触面积偏小，不能形成可靠的焊点连接。此外，贴片机拾放元件过程中稍有偏差就会导致元件焊端与焊盘的接触面积偏小或只有一端搭在焊盘上，在回流焊过程中由于焊盘两端润湿力不同就会产生元件偏移、虚焊、立碑等焊接缺陷。焊接缺陷如图4所示。

图4 焊盘间距过大带来的焊接缺陷

2.导通孔设计不合理

通用设计要求PCB板设计中不能将导通孔设置在焊盘区域内或将导通孔设置与焊盘直接相连。当导通孔裸露时，再流焊时焊盘上的焊锡会流到导通孔里，导致焊盘上锡量减少，引起虚焊、立碑、焊点强度不足等缺陷。此外，如果导通孔同时距离两个焊盘过近，焊接时由于两个焊盘上的焊料都流进导通孔，则会导致焊点短路。PCB不良设计及对应的焊接缺陷如图5a所示。

图5 导通孔设计不合理及对应焊接缺陷

当导通孔覆盖绿油时，会造成元件两端焊盘面积不同或焊盘内间距偏大等缺陷，在印制板组件过回流炉焊接时由于绿油阻焊效果就会产生虚焊、立碑等焊接缺陷，此类缺陷无法补焊或即使补焊成功也难以保证焊点强度。PCB不良设计及造成的缺陷如图5b所示。

四、改进措施

1.焊盘内间距偏大的改进

为了使0402元件焊接时形成可靠焊点，结合GJB 3243-98 及产品0402元件焊接实际，总结了一种0402元件的焊盘图形设计要求，0402元件焊盘外形及推荐的焊盘尺寸如图6所示。

图6 0402元件焊盘外形及推荐尺寸

印制板上0402元件的焊盘设计可参照图6中推荐的尺寸进行设计，焊盘长度Z、焊盘内间距C可根据印制板元件布局密度适当取值。

2.导通孔设计不合理的改进

通用的设计要求是：焊盘和导通孔之间最好有一段涂有阻焊膜的细线相连，细线应满足0.5mm×0.4mm（适用无阻焊导通孔）原则来防止焊料流失，如果导通孔涂覆有阻焊剂，距离L可以小至0.1mm，见图7所示。

图7 通用的设计要求（无阻焊和有阻焊）

对于密度较高的PCB板，元件焊盘与导通孔无法满足上述原则，对离元件焊盘较近的导通孔可以采用顶层+底层的Tenting模式并阻焊塞孔方式来防止焊锡流失，如果空间位置过小，无论怎么布局都会出现导通孔在焊盘上，在满足产品要求的前提下，可以将元件布局到印制板相对空旷的地方或选用更小封装元件。

五、结语

不良设计在SMT生产制造中带来的质量缺陷隐患非常大，如果PCB设计可制造性差，会增加工艺流程和工艺难度，降低生产效率，浪费工时，拖延工期，最严重的是会造成大量焊接缺陷，势必会进行PCBA维修，即使采取补救措施或通过返修暂时解决了，但对产品质量、成本和效益都会造成不同程度的损失。因此，设计、工艺人员应充分认识到可制造性设计的重要性，从产品开发设计时起，就考虑到其可制造性。