物理無法協商：為何IPC Class 3 垂直填充在燒焦內失敗

隱形失敗

在高可靠性組裝中，最危險的板子不是功能測試失敗的那一塊，而是通過的那一塊。你可以舉起一塊板子，對著光看，看到完美的頂面焊點，並簽收批次，但如果該接點是用於航空航天駕駛艙或醫療裝置，肉眼檢查幾乎等同於謊言。

物理定律規定，頂部焊盤上的完美焊點並不保證焊料在筒身內形成堅固的柱狀。在Class 3製造中，J-STD-001規定必須進行75%的縱向填充（且根據合同附錄可能是100%），所謂的’足夠好’的肉眼檢查是一種風險。你可以在元件面看到美麗的弓弧，但筒身內卻布滿空洞或只填了一半。

這裡唯一不偏袒的判斷標準是X光分析或破壞性橫切。當你切割樣品板並拋光橫截面時，你不是在尋找工藝品質，而是在尋找毛細作用與熱動力之間的戰鬥證據。當焊料未能上升，往往不是波高太低，而是板子設計使得上升成為不可能。

氣體鎖的幾何結構

垂直填充不足的主要原因幾乎總是孔與引線比例。設計師和採購團隊常將元件引腳和電鍍通孔（PTH）視為簡單的“插A桿入B槽”幾何形狀。如果引腳能配合，設計就會被批准。但在波峰焊中，孔不僅僅是容器，它還是流體動力通道。

看看當採購用方形引腳取代圓形引腳以節省一點點成本時會發生什麼。該方形引腳的對角線可能在技術上能清除孔壁，但角落會形成緊湊的空隙，讓助焊劑氣體困在其中。當波流到達板底時，助焊劑會激活並釋放氣體。如果沒有環形空間 — 沒有圍繞引腳的明確“煙囪”空隙 — 該氣體就無處釋放。它在筒身內形成壓力氣泡。

你正試圖將液態焊料推向高壓氣囊。物理規律每次都贏。焊料停止上升，氣體留在原地，你就會得到爆孔或空洞。

這個問題在Pin-in-Paste（PIP）工藝中更為嚴重。膏體體積為氣體問題增添了一個變數，但基本規則仍然是：氣體必須逸出，焊料才能進入。

為了達到Class 3的填充標準，你需要一個特定的間隙環。IPC建議範圍，但經驗告訴我們，對於標準的0.062″至0.093″厚度的板，約需要0.010英吋（10密耳）超過引腳直徑的間隙。如果你使用的是0.028英吋的引腳和0.032英吋的完成孔，你就有4密耳的間隙 — 完美居中則每邊2密耳。這就像試圖用咖啡攪拌棒吸一個奶昔一樣。克服摩擦和助焊劑氣體背壓所需的毛細壓力太高。焊料在到達頂端之前就會在底部橋接。

熱盜

即使結構允許流動，板子本身常常也是敵人。我們傾向於將PCB視為被動載體，但從熱學角度看，多層板是一個巨大的散熱器。

帶有第4層至第10層重地接地層的14層伺服器背板。在該板撞上波峰時，焊料的溫度是260°C（適用於SAC305），但銅柱卻是冷的。液體焊料觸及柱壁瞬間，內部的接地層立即吸走熱能。焊料在攀爬之前已在壁面凝固。無論你如何提高波峰的高度，都無法用液態穿過冷凝的堵塞。

這也是“選擇性焊接”辯論常常浮現的地方。工程師認為選擇性焊接可以解決此問題，因為它更精確，但選擇性焊接的池體熱質量遠低於全波隧道。如果你在波上無法充滿，很難在沒有積極預熱的選擇性機器上做到更好。

你無法用爐溫來解決這個問題。真正的修正是預熱浸泡。你必須使電路板的核心充分飽和。目標是在觸碰焊波之前，讓孔內的銅結構——”膝蓋“部分——達到至少110°C或120°C。你在最小化焊料和銅之間的“ΔT”（溫差）。如果板子足夠熱，焊料就能保持液態足夠長時間攀爬。若你依賴波峰來加熱銅柱，已經輸了。

你無法用波高來修正設計

當充填率下降時，現場的常見反應是“調整參數”。操作員提高泵浦轉速以提高波峰高度，或放慢傳送帶速度以增加停留時間。這本質上是在用蠻力對抗物理定律。

提高波高確實會增加靜水壓，但主要增加了橋接和底部短路的風險。延長停留時間——讓電路板在波上待得更久——則更危險。如果停留太久，可能會導致銅直接被蝕蝕掉孔的膝蓋部分或溶解環形圈。你可能會得到滿足的填充，但已破壞通孔的冶金完整性。

頂部“修補”或手工焊接對Class 3失效同樣危險。在頂部添加焊絲會形成一個“冷接”界面，即新焊料與老焊料在柱內的接合處。看起來已填滿，但結構上是一個在振動下可能破裂的弱點。

鑽孔圖是工藝窗口

沒有神奇的助焊劑，也沒有能補償24層電路板、3毫的間隙孔及熱緩解不足的完美機器設置。我們在此跳過機器維護的基本常識——假設你的噴嘴乾淨、葉輪正常工作——因為沒有任何維護能修復一張不良的鑽孔圖。

如果你想要Class 3的填充，那麼工作早在電路板碰到波峰之前就在CAD軟件中完成了。你必須設計孔洞能呼吸（比例）以及電路板能保持熱度（熱緩解）。如果設計未考慮流體動力學與熱力學，你只會製造廢料。