六种波峰焊常见问题及其解决方案解析
发布时间：2021-09-26
来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)
电压控制的场效应晶体管（FET）主要应用于信号放大，尤其是无线信号的模拟和数字信号放大。场效应晶体管采用电场效应改变器件的电性能。它们广泛应用于从射频技术到开关、功率控制和放大的电子电路中。这些晶体管利用电场控制通道的电导率。FET分为结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。这两者主要用于集成电路，并且在工作原理上非常相似，但构造稍有不同。让我们来详细了解一下这两种晶体管。
JFET是最简单的场效应晶体管之一，通过源极到漏极或漏极到源极的路径流动电流。与双极结型晶体管（BJT）不同，JFET使用施加在栅极端子上的电压来调节漏极和源极之间通道的电流，使输出电流与输入电压成比例。栅极端子具有反向偏置。JFET是一种三端单极半导体器件，适用于电子开关、电阻器和放大器。它要求输入和输出之间有高度的隔离，使其比双极结型晶体管更加稳定。与BJT不同，JFET中允许的电流量由电压信号决定。
JFET通常分为两种基本结构：
N沟道JFET：通过漏极和源极之间的沟道流动的电流为电子形式，具有较低的电阻值。
P沟道JFET：通过该沟道流动的电流为空穴形式，具有较高的电阻值。
什么是MOSFET？
MOSFET是一种四端的半导体场效应晶体管，由可控硅氧化物制成，其导电性受施加的电压控制。MOSFET代表着金属氧化物半导体场效应晶体管。它具有源极和漏极通道之间的栅极，通过金属氧化物薄膜与通道电气隔离。这样的结构可以控制源极和漏极之间的电压和电流流动。在集成电路中，MOSFET因其高输入阻抗而发挥着重要作用。它们主要用于功率放大和开关应用，并在嵌入式系统设计中作为功能元件起关键作用。
MOSFET常见的两种配置：
耗尽型MOSFET：当栅极到源极电压为零时，器件通常处于"导通（ON）"状态。
增强型MOSFET：当栅极到源极电压为零时，器件通常处于"截止（OFF）"状态。
JFET和MOSFET的区别是什么？
FET和MOSFET的基本概念
JFET和MOSFET都是压控晶体管，用于放大模拟和数字弱信号。它们都属于单极器件，但其构造不同。JFET代表结型场效应晶体管，而MOSFET代表金属氧化物半导体场效应晶体管。JFET是三端子的半导体器件，而MOSFET则是四端子的半导体器件。
FET和MOSFET的工作模式
与双极结型晶体管（BJT）相比，两者的跨导值较小。JFET只能工作在耗尽模式下，而MOSFET可以在耗尽模式和增强模式下工作。
FET和MOSFET的输入阻抗
JFET具有约为1010欧姆的高输入阻抗，这使其对输入电压信号非常敏感。而MOSFET由于采用了金属氧化物绝缘体，在栅极端具有更高的输入阻抗。
栅极漏电流
栅极漏电流指的是即使电子设备关闭，由于器件本身导致的逐渐损耗的电能。尽管JFET允许的栅极泄漏电流在10^-9 A级别，但MOSFET的栅极泄漏电流将在10^-12 A级别。
FET和MOSFET的损坏电阻
由于MOSFET采用了额外的金属氧化物绝缘体，降低了栅极的电容，因此晶体管更容易受到高电压的损坏，也更容易受到静电放电的影响。相比之下，JFET具有较高的输入电容，因此不容易受到ESD（静电放电）损坏。
FET和MOSFET的成本
JFET采用简单且较为简单的制造工艺，因此成本较低；而MOSFET由于制造工艺更加复杂，价格较高。额外的金属氧化物层增加了总成本。
FET和MOSFET的应用
JFET适用于低噪声应用，如电子开关、缓冲放大器等。而MOSFET主要用于高噪声应用，例如开关和模拟或数字信号放大，此外还广泛应用于电机控制和嵌入式系统中。
四、润湿不良、漏焊、虚焊
原因：
a) 元件焊盘、引脚或PCB印制板基板的焊盘氧化或污染，或者PCB受潮。
b) Chip元件端头金属电极附着力差或采用单层电极，在焊接温度下产生脱帽现象。
c) PCB设计不合理，波峰焊时阴影效应造成漏焊。
d) PCB翘曲，导致PCB与波峰焊接触不良。
e) 传送带两侧不平行（尤其使用PCB传输架时），导致PCB与波峰焊接触不平行。
f) 波峰不平滑，波峰两侧高度不平行，特别是电磁泵波峰焊机的锡波喷口，如果被氧化物堵塞时，会使波峰出现锯齿形，容易造成漏焊和虚焊。
g) 助焊剂活性差，导致润湿不良。
h) PCB预热温度过高，使助焊剂碳化，失去活性，导致润湿不良。
对策：
a) 确保元器件储存环境干燥，并不超过规定的使用日期。清洗和去潮处理PCB。
b) 在波峰焊时选择具有三层端头结构的表面贴装元器件，这样元件本体和焊盘能够承受两次以上的260℃波峰焊温度冲击。
c) 对于SMD/SMC元器件，布局和排布方向应遵循较小元件在前，尽量避免互相遮挡的原则。此外，可以适当延长元件搭接后剩余焊盘长度。
d) PCB板的翘曲度应小于0.8～1.0%。
e) 调整波峰焊机和传送带或PCB传输架的横向水平。
f) 定期清理波峰喷嘴。
g) 更换活性更好的助焊剂。
h) 设置适当的预热温度。
五、焊点拉尖
原因：
a) PCB预热温度过低，导致PCB与元器件温度偏低，在焊接时无法充分加热。
b) 焊接温度过低或传送带速度过快，导致熔融焊料的黏度过大。
c) 电磁泵波峰焊机的波峰高度过高或引脚过长，使得引脚底部无法与波峰接触。因为电磁泵波峰焊机使用的是空心波，其厚度通常为4～5mm。
d) 助焊剂的活性较差。
e) 焊接元件的引线直径与插装孔比例不正确，插装孔过大，导致大焊盘吸热量过大。
对策：
a) 确保PCB预热温度适当，能够将PCB和元器件加热至合适的温度。
b) 控制好焊接温度，避免过低
六、其他缺陷
原因：
a) 板面脏污：主要由于助焊剂固体含量过高、涂敷量过多、预热温度过高或过低，或者传送带爪太脏、焊料锅中氧化物及锡渣积累过多等原因造成。
b) PCB变形：通常发生在大尺寸PCB上，由于大尺寸PCB的重量较大或元器件布置不均匀导致重量不平衡。因此，在PCB设计时应尽量实现元器件的均匀分布，并在大尺寸PCB的中心区域进行工艺边缘设计。
c) 掉片(丢片)：贴片胶质量差，或者贴片胶固化温度设置不正确，固化温度过高或过低都会降低粘接强度。在波峰焊接时，无法承受高温冲击和波峰剪切力的作用，导致贴装元件掉落至焊料锅中。
d) 未发现的缺陷：这些缺陷包括焊点晶粒大小、焊点内部应力、焊点内部裂纹、焊点易碎性和焊点强度差等问题，需要进行X光检测、焊点疲劳试验等。这些缺陷主要与焊接材料、PCB焊盘的附着力、元器件的焊端或引脚的可焊性以及温度曲线等因素有关。
对策：
a) 根据PCB板层、元件数量、是否贴装元件等情况设置适当的预热温度，一般在90-130℃范围内。
b) 控制好锡波温度，保持在250+/-5℃，焊接时间为3～5秒。如果温度稍低，应适当调慢传送带速度。
c) 控制波峰高度，一般将其控制在PCB厚度的2/3处。对于插装元件，引脚的露出高度应在0.8～3mm之间。
d) 更换活性更好的助焊剂。
e) 插装孔的孔径应比引线直径大0.15～0.4mm（细引线取下限，粗引线取上限）。
以上是针对四个缺陷的解决方法。
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