5.7 波峰焊接面元器件的布局设计
1.背景
波峰焊接是通过熔融焊锡对元器件引脚进行焊料施加与加热的，由于波峰与PCB的相对运动及熔融焊锡的“黏”性，波峰焊接的工艺要比再流焊接复杂得多，对要焊接封装的引脚间距、引脚伸出长度、焊盘尺寸有要求，对在PCB板面上的布局方向、间距也有要求，对安装孔的连线也有要求，总之，波峰焊接的工艺性比较差，要求很高，焊接的良率基本取决于设计。
2.设计要求
1）封装要求
（1）适合波峰焊接的贴装元器件应该具备焊端或引出端外露；封装体离地间隙（Stand 0ff）＜0.15mm；高度＜6mm的基本要求。满足这些条件的贴装元器件包括：
①0603～1206封装尺寸范围内的片式阻容元器件。
②引线中心距≥1.0mm且高度＜4mm的SOP。
③高度≤4mm的片式电感。
④非露线圈片式电感（即C、M型）。
（2）适合波峰焊接的密脚插装元器件为相邻引脚最小间距（X）≥1.75mm的封装，如图5-47所示。
图5-47 插装元器件间距要求
备注：
①插装元器件最小间距是波峰焊接可接受的前提，但是满足最小间距要求并不意味着就能够实现高质量的焊接，还需要满足布局方向、引线伸出焊接面的长度、焊盘间隔等其他要求，见本节后续内容。
②片式贴装元器件，封装尺寸＜0603不适合波峰焊接，这是因为元器件两端焊盘间隔太小，容易发生两焊端间的桥连。
③片式贴装元器件，封装尺寸＞1206不适合波峰焊接，这是因为波峰焊接属于非平衡加热，大尺寸的片式阻容元器件容易因热膨胀不匹配而开裂。
2）传送方向
在波峰焊接面元器件布局前，首先应该确定PCB过炉的传送方向，它是插装元器件布局的“工艺基准”。因此，在波峰焊接面元器件布局前，首先应确定传送方向。（1）一般情况下，应以长边为传送方向，如图5-48所示。
图5-48 传送方向
（2）如果布局有密脚插装连接器（间距＜2.54mm），应以连接器的布局方向为传送方向，如图5-49所示。
图5-49 以连接器布局方向为传送方向
（3）在波峰焊接面，应用丝印或铜箔蚀刻的箭头标示出传送方向，以便焊接时识别。箭头如图5-50所示。
图5-50 传送方向指示符号
备注：
①元器件的布局方向对波峰焊接而言很重要，因为波峰焊接有一个入锡和脱锡的过程。因此，设计与焊接必须以同样的方向进行，这也是标示波峰焊接传送方向的原因。
②如果能够判定传送方向，如设计有盗锡焊盘，则传送方向可以不标示。
3）布局方向
元器件的布局方向主要涉及片式元件和多引脚连接器。
（1）SOP器件封装的长度方向应平行于波峰焊接传送方向，片式元件的长度方向应垂直于波峰焊接的传送方向，如图5-51所示。
图5-51 焊接面元器件布局要求
（2）多个两引脚的插装元器件，其插孔中心连线方向应与传送方向垂直，以减少元器件一端浮起的现象，如图5-52所示。
图5-52 插装元器件的布放要求
备注：
①由于贴片元器件封装体对定向流动的锡波有阻挡作用，容易导致封装体后（脱锡侧）引脚的漏焊。因此，一般要求按封装体不影响熔融焊锡流动的方向进行布局。
②多引脚连接器的桥连主要发生在引脚的脱锡端/侧。将连接器引脚排列的长度方向与传送方向一致，可减少脱锡端引脚的数量，最终也会减少桥连的数量。可通过设计工艺性的盗锡焊盘彻底消除桥连。
4）间距要求
对于贴片元器件，焊盘间隔是指相邻封装最大外伸特征（包括焊盘）间的间隔；对于插装元器件，焊盘间隔指焊盘间的间隔。
对于贴片元器件，焊盘间隔不完全是从桥连方面考虑的，还包括封装体的阻挡效应可能引起的漏焊。
（1）贴片元器件焊盘间隔参考图5-53所示设计。
图5-53 贴片元器件焊盘间隔设计要求
（2）插装元器件焊盘间隔一般应≥1.00mm。对于细间距插装连接器，允许适当减小，但最小不应＜0.60mm，如图5-54所示。
图5-54 插装元器件焊盘间隔设计要求
（3）插装元器件焊盘与波峰焊接贴片元器件焊盘的间隔应≥1.25mm，如图5-55所示。
图5-55 插装元器件焊盘与贴片元器件焊盘间隔要求
5）焊盘设计特殊要求
（1）为了减少漏焊，对于0805/0603、SOT、SOP、钽电容器的焊盘，建议按照以下要求进行设计。
①对于0805/0603元器件，按照IPC-7351的建议设计，焊盘外扩0.2mm，宽度减少30%，如图5-56（a）所示。
②对于SOT、钽电容器，焊盘应比正常设计的焊盘向外扩展0.3mm，如图5-56（b）所示。
图5-56 贴片元器件焊盘设计
（2）对于金属化孔盘，焊点的强度主要依靠孔连接，焊盘环宽≥0.25mm即可。
（3）对于非金属化的孔盘（单面板），焊点的强度决定于焊盘尺寸，一般焊盘直径应大于等于孔径的2.5倍。
（4）对于SOP封装，应在脱锡引脚端设计盗锡焊盘，如果SOP间距比较大，盗锡焊盘可以按图5-57所示情况设计。
图5-57 SOP盗锡焊盘的设计
（5）对于多引脚的连接器，应在脱锡端设计盗锡焊盘，如图5-58所示。
图5-58 连接器盗锡焊盘的设计
6）引线伸出长度
（1）引线伸出长度对桥连的形成有很大的关系，引脚间距越小影响越大。一般建议：
①如果引脚间距在2～2.54mm，引线伸出长度应控制在0.8～1.3mm。
②如果引脚间距＜2mm，引线伸出长度应控制在0.5～1.0mm。
（2）引线的伸出长度只有在元器件布局方向符合波峰焊接要求的条件下才能起作用，否则消除桥连的效果不明显。
备注：
引线伸出长度对桥连的影响比较复杂，一般大于3.5mm以上或小于1.0mm，对桥连的影响比较小，而在1.0～3.5mm，影响比较大。也就是不长不短情况下最容易引发桥连现象。图5-59为一长引线设计，不会产生桥连现象。
图5-59 长引线不会引起桥连
7）阻焊油墨的应用
（1）我们经常看到一些连接器焊盘图形位置印有油墨图形，如图5-60所示，这样的设计一般认为可以减少桥连现象。其机理可能是油墨层表面比较粗糙，容易吸附比较多的助焊剂，焊剂遇高温的熔融焊锡挥发而形成隔离气泡，从而减少了桥连的发生，如图6-61所示。
图5-60 油墨层的应用
图5-61 油墨层降低桥连的机理推测
（2）如果引脚焊盘间距离＜1.0mm，可以在焊盘外设计阻焊白油层，用以消除密集焊盘中间焊点间的桥连，以降低桥连的发生概率，而盗锡焊盘主要消除密集焊盘群最后脱锡端焊点的桥连，它们的功能不同。因此，对于引脚间距比较小的密集焊盘，阻焊油墨与盗锡焊盘应一起使用。
案例
图5-62所示为几个白油阻焊层应用案例。
图5-62 白油阻焊层应用案例
图5-62 白油阻焊层应用案例（续）
需要指出的是，白油层表面比较粗糙，其本身比光滑的阻焊层（绿油）更容易黏附熔融焊锡，这也是焊膏印刷的字符上容易生产锡珠的原因，如图5-63所示。波峰焊接阻焊油墨之所以能够起作用，本质上是利用了其表面粗糙容易吸附焊剂的特性，实际上对消除桥连起作用的是焊剂挥发形成的气泡，因此，阻焊油墨隔离桥的宽度很关键，它决定吸附焊剂的面积，一般不应小于0.5mm宽。
图5-63 字符之上扩印焊膏产生锡珠