散熱片故障很難檢測，尤其是在故障率低的情況下。但即使故障量很低，這類故障成本也會很快導(dǎo)致高達(dá)數(shù)千美元的損失。散熱片故障的主要原因之一是散熱焊盤的焊接不一致?？紤]到可靠性問題的成本，找到改進(jìn)途徑至關(guān)重要。

無法控制、無法預(yù)測的焊料

制造商推薦的標(biāo)準(zhǔn)散熱片方法是在芯片下方的電路板兩側(cè)放置大的銅焊盤，然后將這些焊盤與通孔連接以傳導(dǎo)熱量，并使用焊膏完全覆蓋焊盤以獲得最佳熱接觸。但是，這種方法可能會導(dǎo)致其他問題。

焊料一旦熔化，可靠性就不可預(yù)測，每個電路板都面臨散熱片連接不良的風(fēng)險。此問題行業(yè)普遍發(fā)生，以至于被接受，將其不良導(dǎo)致的報廢作為不可避免的制造成本。導(dǎo)致可靠性問題的原因為焊料在毛細(xì)作用下流過通孔和大焊盤下的焊料移動，故此有辦法解決這一挑戰(zhàn)。

焊料通過通孔

如果焊盤上覆蓋著小孔，熔融焊料會通過小孔流到電路板背面。這將導(dǎo)致連接焊盤的焊料變少，焊料分布不均勻。毛細(xì)作用會因板而異，導(dǎo)致一致性和可靠性出現(xiàn)問題。

常見通孔不是精密元器件，其上的鍍銅量各不相同。有些可能比預(yù)期的寬，而有些則可能部分或完全封閉。相同PCB設(shè)計經(jīng)過相同制造過程，但其產(chǎn)品可能具有明顯不同的散熱響應(yīng)。

大焊盤下的焊料移動

需考慮回流焊過程中焊料移動的不可預(yù)測性。如果電路板翹曲或芯片下沒有足夠的焊料，毛細(xì)管作用會將焊料拉到芯片的一側(cè)。嘗試通過施加更多焊料來糾正這一問題，芯片可能會漂浮離開信號引腳。多余的焊料可能溢出焊盤，使焊料球與電路板其他區(qū)域短路或橋接。

穿過通孔焊料量的變化只會加劇問題，并阻礙通過調(diào)整使用的焊膏量來糾正問題。

找到解決方案

適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案需要解決兩個不同的問題，但這兩個問題都與焊料有關(guān)。首先，必須防止焊料通過通孔芯吸并最終到達(dá)PCB的錯誤層。其次，必須防止焊料移動超出其涂布區(qū)域。

可以用兩種不同的方法來解決這個問題：

在焊盤上涂上阻焊油墨，并留出圓形“島”開口，以便涂布焊膏。如果焊料在大面積內(nèi)不起作用，則將該區(qū)域分成一組較小的區(qū)域。由于阻焊油墨將焊膏限制在其涂布區(qū)域內(nèi)，可減少芯片連接電路板的焊料量，提高一致性。圓形焊膏開口比有銳角的開口可以更可靠地釋放焊料，防止焊料球松動。

用小的(小于12mil)通孔圍繞“島”，用阻焊油墨掩蔽或覆蓋這些通孔。從正在焊接的緊鄰區(qū)域移除通孔并將其掩蔽，可以防止任何雜散的焊料向下芯吸到電路板的另一側(cè)，同時仍可為下方的焊盤提供良好的熱傳遞。將這些通孔盡可能靠近“島”。由于制造公差，阻焊油墨掩蔽將可阻擋焊料毛細(xì)作用至暴露的通孔上。

在實施此解決方案時，需記住幾項關(guān)鍵規(guī)則：

確保芯片下的焊盤是實心銅平面，以分散熱量。

為了最大程度地覆蓋散熱片，對焊料島采用六邊形填充圖形。

阻焊油墨掩蔽應(yīng)與抗蝕劑膜開口尺寸相同，確保足夠的焊料以連接到芯片。

散熱輻條會降低導(dǎo)熱性，所以不要在任何通孔層上使用。

通孔應(yīng)為阻焊油墨掩蔽，不得被堵塞或填充。阻焊油墨堵塞通孔中的環(huán)氧樹脂可能不會完全固化，當(dāng)遇到足夠的熱量，就會膨脹和噴發(fā)。

實施設(shè)計

實現(xiàn)該解決方案的最有效方法是將其作為封裝定義的一部分，使其統(tǒng)一應(yīng)用于所有類似的部件。但是，許多CAD封裝不支持將通孔和銅平面直接添加到封裝設(shè)計中。

一種解決方法是創(chuàng)建方形SMD焊盤作為頂部和底部銅散熱片，以及將小的電鍍通孔焊盤作為通孔。然后，可以在元器件定義中將這些引腳設(shè)置為不連接引腳?？赡苓€需要為這些引腳創(chuàng)建定制焊膏和阻焊油墨。

如果遇到可能由散熱焊盤焊料引起的故障，可在下一個項目中嘗試此解決方案。其好處不言而喻：更少的失效、更一致的產(chǎn)品和更開心的客戶。

審核編輯：湯梓紅