正文

片式元器件焊接的關鍵要素：

片式元器件偏移率：橫向偏移率A，縱向偏移B；

焊料爬升高度（max-E，min-F）；

焊接潤濕角（θ）；

焊料填充高度（G）。

一.片式元器件橫向偏移率

片式元器件橫向偏移率，如圖1所示。

圖一

1.國軍標

GJB3243橫向偏移率A≤25%W，GJBZ163橫向偏移率A<1/3W；

2.航天標準

QJ3173橫向偏移率A<15%W，QJ165B橫向偏移率A<15%W；

3.IPC標準

IPC J-STD-001G橫向偏移率A≤25%W。

從2003年到2014年，QJ的標準沒有變化，而GJB的要求降低了，偏移率由1/4增加到到1/3，甚至低于IPC，無益于可靠性的提高。

二.片式元件縱向偏移

1.片式元件縱向偏移

片式元件縱向偏移對比見表1。

2.片式元器件縱向偏移分析

片式元器件縱向偏移，不僅要考慮不應導致片式元件伸出焊盤與其它元件發生短路，同時要考慮元件的焊接強度。

上述五個標準除GJB/Z163外，GJB3243、QJ3173、QJ165B、IPC J-STD-001G和IPC-610G對縱向偏移的規定都是不正確的。

（1）QJ165B、IPC J-STD-001G和IPC-610G

QJ165B、IPC J-STD-001G和IPC-610G只考慮了導致片式元件不伸出焊盤避免它元件發生短路，但即使片式元件沒有伸出焊盤，當B=0時，無法形成合格的焊點形態，焊接強度降低，屬于焊接缺陷，如圖2所示。

圖2縱向偏移B=0

片式元件與焊盤之間無法形成合格的焊接潤視角，屬于焊接缺陷

（2）GJB3243

GJB3243規定縱向偏移B≤W1/4，不但存在短路的隱患，同時無法形成合格的焊點形態，焊接強度降低，屬于焊接缺陷，如圖3所示。

圖3 縱向偏移B≤W1/4，存在短路的隱患

（3）QJ3173

QJ3173在焊盤設計正確的情況下，如果允許元件一端在焊盤上的搭接量≥元件焊端長度的75%，則元件在另一端焊盤上存在一定的縱向偏移，會不會伸出焊盤？即使另一端沒有伸出焊盤，也無法形成合格的焊點形態，焊接強度降低，屬于焊接缺陷，如圖4。

圖4 元件一端在焊盤上的搭接量≥元件焊端長度的75%，另一端焊盤上存在縱向偏移

（4）GJB/Z163

GJB/Z163要求片式元件在焊盤上放置后，留下用于焊接焊盤長度A≮焊接端高度的1/3，這是五個標準中考慮最全面的，見圖5。

圖5 思路正確的設計

A≮焊接端高度的1/3需要針對不同元件計算：

0402片式元件焊端的高度H=0.4mm，則H/3=0.13mm。

0603片式元件焊端的高度H=0.6mm，則H/3=0.2mm。

1206片式元件焊端的高度H=0.71mm，則H/3=0.24mm。

0.13~0.24mm用于形成合格焊點形態的長度是稍微偏小，需要按所選用的片式元件的尺寸延長。

（5）分析：

元器件焊盤伸出部分長度b2多少合適？如圖6所示。

圖6理想的焊點形狀及其焊盤

表面貼裝元件的焊接可靠性，主要取決于焊盤的長度而不是寬度。

焊盤的長度B 等于焊端（或引腳）的長度 T 加上焊端（或引腳）內側（焊盤）的延伸長度 b1，再加上焊端（或引腳）外側（焊盤）的長度b2，即B=T+b1+b2。

b1=0.05~0.6mm，不僅應有利于焊料熔融時能形成良好的彎月形輪廓，還要避免焊料產生橋接現象及兼顧元器件的貼裝偏差為宜；b2=0.25~1.25mm，主要以保證最佳的彎月形輪廓的焊點為宜。

b2應該設計多少？

GJB3243考慮的是元件焊端的寬度；

QJ3173考慮的是元件焊端的長度；

GJB/Z163考慮的是元件焊端的高度；

以片式鉭電容器焊盤設計為例，表2給出了CA45/CA45K 型片式固體電解鉭電容器外形尺寸與焊盤尺寸關系。

表2CA45/CA45K 型片式固體電解鉭電容器外形尺寸與焊盤尺寸關系

如果我們選用CA45-10μ-25V-E片式鉭電容器，如表2所示：

CA45-10μ-25V-E的長度L=7.3mm，其設計的焊盤長度Z=8.8~9mm（取8.9mm），

則：L-Z=B-T=8.9-7.3=b1+b2=1.6mm，

設b1=0.05~0.6mm，則b2=1~1.55mm，

可以在b2=0.25~1.25mm的范圍內選擇。

例如設計b2=1mm。B=T+b1+b2。

b1=0.05~0.6mm，b2=0.25~1.25mm。屬于經驗數據，引自顧靄云研究員的著作。

b2與元件焊端的長度、寬度和高度是什么關系？主要取決于元件焊端的長度？寬度？還是高度？筆者以為，如果以保證最佳的彎月形輪廓焊點為出發點，b2與元件焊端的長度和寬度沒有關系，而與元件焊端的高度（厚度）和焊盤的長度有關。

以CA45-10μ-25V為例：

A型焊端的高度為1.6mm，1.6mm÷3=0.53mm；B型焊端的高度為1.9mm，1.9mm÷3=0.63mm；

C型焊端的高度為2.5mm，2.5mm÷3=0.83mm；E型焊端的高度為2.8mm，2.8mm÷3=0.93mm；

0.53~0.93mm都在0.25~1.25mm范圍內，因此GJB/Z163的提法是正確的；為了提高焊點的焊接強度，當元件確定以后，可適當增加b2長度，我們將在片式元件焊點工藝可靠性設計里介紹。