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致高達數千美元的損失。散熱片故障的主要原因之一是散熱焊盤的焊接不一致。考慮到可靠性問題的成本，找到改進途徑至關重要。

無法控制、無法預測的焊料

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

焊料一旦熔化，可靠性就不可預測，每個電路板都面臨散熱片連接不良的風險。此問題行業普遍發生，以至于被接受，將其不良導致的報廢作為不可避免的制造成本。導致可靠性問題的原因為焊料在毛細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。

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。這將導致連接焊盤的焊料變少，焊料分布不均勻。毛細作用會因板而異，導致一致性和可靠性出現問題。

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

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測性。如果電路板翹曲或芯片下沒有足夠的焊料，毛細管作用會將焊料拉到芯片的一側。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，并阻礙通過調整使用的焊膏量來糾正問題。

找到解決方案

適當的解決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。首先，必須防止焊料通過通孔芯吸并最終到達PCB的錯誤層。其次，必須防止焊料移動超出其涂布區域。

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不起作用，則將該區域分成一組較小的區域。由于阻焊油墨將焊膏限制在其涂布區域內，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，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作用至暴露的通孔上。

在實施此解決方案時，需記住幾項關鍵規則：

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。

散熱輻條會降低導熱性，所以不要在任何通孔層上使用。

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

實施設計

實現該解決方案的最有效方法是將其作為封裝定義的一部分，使其統一應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計中。

一種解決方法是創建方形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置為不連接引腳。可能還需要為這些引腳創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、更一致的產品和更開心的客戶。

審核編輯：湯梓紅