重力無敵：管理第二側回流風險

重工爐內PCB上重大元件掉落的聲音非常清楚。它不是巨響；而是沉悶的機械聲 嗒嗒 通常發生在第6或第7區，正當焊料達到液相狀態時。如果你走運，零件會無害地掉到烘箱地板上；如果不幸——而概率法則表明你會是——它會落在傳送帶網格上，卡住驅動機構，或者在高峰區烹煮一小時時引發火災。

當你進行雙面組裝時，實際上是在請求物理規則對三分鐘視而不見。上面很容易；重力幫助把零件壓在焊盤上。但是當你翻轉板子進行第二次過程時，重力成了敵人。唯一能讓昂貴的屏蔽高效能電感和BGA封裝保持在電路板上的，是熔融焊料的表面張力。這是一個脆弱的關係。它一直起作用，直到元件的質量超過了液態金屬的濕潤力。那時就會出現線路劃分的情況，任何過程調整都無法修復。

濕潤力的物理學

要理解為什麼元件能留在上面——以及到底什麼時候會掉——就要看看質量與表面張力之間的較量。當在第二側重新焊接時，焊膏熔化成液體。對於標準的SAC305合金，其表面張力相當高，約為500 dynes/cm。這種力量就像微觀的彈簧，將元件拉向焊盤中心。對絕大多數元件來說，這股力量遠遠大於重力。0201電容或標準SOIC封裝根本不會動。它們相對於焊盤面積太輕，即使倒立、側躺或劇烈震動，也會自動對準。

這種安全裕度會隨著元件變重和其端接區域相對較小而消失。工程師常常假設如果元件的佔地較大，它的焊接面積也較大。這是不正確的。一個屏蔽的電源電感可能是一個重達1.5克的12mm x 12mm的鐵氧體和銅塊，但它可能只依附於兩個相對較小的焊盤。你需要檢查 Cg/Pa 比率——重力（Cg）與總焊盤面積（Pa）之間。

原型工廠中經常會用一個持續的“技巧”，工程師建議用Kapton膠帶來固定這些元件。對於五個板子來說，只要膠帶沒有殘留物或釋放氣體污染焊點，就可以應付。但在生產中，這是一個風險。膠帶可能失效，膠粘劑被烹煮，並且會增加人工移除的步驟，存在撕裂元件的風險。

行業經驗法則通常引用約每平方英寸30克的焊料墊面積。如果零件負載超過這個數值，表面張力將無法抗衡重力。但這只是靜態計算，並未考慮到磨損鏈式傳送帶的震動或Heller MKIII烤箱中的高速氣流對流。如果你的計算顯示你已經達到90%的極限，實際應用到現實世界的動力學後，你的風險實際上已經是110%。如果數學結果接近臨界值，零件就可能會掉落。

設計：唯一的免費解決方案

阻止重型零件從底面掉落的最有效方法是從一開始就不要將它們放在那裡。這聽起來很明顯，但工廠中的電路板布局經常會出現大量連接器、重型變壓器和大型BGA被放在次級側，僅僅是因為“它們剛好適合”。

這常常是可視化失效的結果。在CAD工具中，電路板是一個扁平的、抽象的邏輯拼圖。在工廠中，它是一個受到熱應力影響的實體物體。底面上的10mm電解電容就像一隻定時炸彈。如果布局工程師將該電容移到頂面，問題就會消失，零成本。如果他們仍留在底面，你就必須終身使用膠水點膠或購買夾具。

有時，密度限制使這變得不可能。你無法在現代智能手機或高密度ECU的頂面放置所有元件。但存在一個安置層次結構：低質量的被動元件放在底部；低輪廓的QFN封裝也放在底部；重型、高大或有屏蔽的元件必須在頂面爭取空間。如果重型零件 必須 在底面，設計師應該擴大焊盤尺寸以最大化濕潤面積，讓焊料有更多的表面張力來抓持——盡管這也有極限，超過這個限度就可能出現墓碑效應。

膠水迷思

當設計變更被拒絕時，對話不可避免地轉向膠水。"就用膠水吧，"項目經理說，想像著一點點膠黏劑就能解決問題。但實際上，引入SMT膠黏劑（通常是紅色環氧樹脂）是一個絕望的選擇，用來取代機械問題的化學與工藝惡夢。

點膠並非免費。它需要專用的機器或在貼裝循環中專門的一步。你需要一個噴射閥或模板印刷機來點膠。如果使用模板，將需要多層次的模板——一層用於糊劑，另一層用於膠水，這在可靠性印刷上是複雜的。如果使用點膠機，則會增加循環時間。像Asymtek這樣的點膠機具有高精度，但噴嘴容易堵塞。環氧樹脂有保質期。如果點膠過高，會出現塗抹不均；如果過短，則無法與元件體接觸。

接著是返工。SMT膠黏劑是耐高溫的環氧樹脂，設計能承受240°C以上的回流溫度，並能硬化。如果焊接後，電感元件失效，你不能只用回焊來拆除。你必須用力破壞聯結。這常意味着撬開元件，經常會將銅焊盤從FR4層壓板上撕掉。你不僅失去該零件，還要報廢整個電路板。

對於用膠的哪種膠水也存在混淆。有人在論壇搜尋“高溫超級膠”，但消費者用的膠水會在回流爐中產生氣體且瞬間失效。你必須使用行業標準的SMT環氧樹脂（如Loctite 3621），且必須先固化。膠水的固化曲線可能與焊膏的回流曲線產生衝突，迫使你妥協金屬結合，只是為了固化膠水。這條路充滿了隱藏成本。

托盤現實（與稅款）

如果布局已定且用膠風險太高，專業的解決方案是選擇性回流托盤（或夾具）。這是一個載體，通常由Durostone或Ricocel等複合材料加工而成，來固定PCB。它設有腔槽用來屏蔽底面元件，保護它們免受氣流影響，並在焊料回流時避免掉落。

這可以立即解決固定問題。底部的重型元件被物理支撐或屏蔽，永久避免再達到回流溫度。然而，托盤會引入巨大的“熱能負擔”。你將一塊重重的複合材料放入烤箱，此材料會吸收熱量。

一個托盤重達公斤或更多。在進行熱測試時，你會看到大量的散熱效果。放在厚托槽上的零件可能無法達到所需的235°C到245°C的峰值溫度。你可能成功解決了電感掉落問題，但卻在頂面BGA上產生“頭入枕”缺陷，因為球沒有完全塌陷。為了修正這一點，你必須提高烤箱溫度或降低傳送帶速度，以使熱量充分傳遞。這會降低產能（單位/小時）且增加對未受托盤屏蔽的敏感元件過熱的風險。

然後就是那令人震驚的貼紙。優質的選擇性回流托盤價格在 $300 至 $800 之間。你可能不需要一個；你需要 50 或 100 個來填滿烤箱循環。突然間，將那個沉重的電感放在底部，工具成本就已經高達 $30,000，還未售出一台產品。

決策路徑

重力是穩定的。它不在乎你的專案時間表或預算限制。當你盯著一個底部有重件的BOM看時，你有三個選擇，且必須按此順序做出決定：

1. 審核設計： 努力將重件移到頂部。使用 Cg/Pa 比率來向設計團隊證明零件 將 掉落。向他們展示數學計算。
2. 購買托盤： 如果設計已定版，預算用於固定治具。接受循環時間的影響與熱分析的複雜性。這是進行大量重底部件生產唯一可靠的方法。
3. 膠水作為最後手段： 僅在無法使用托盤（因為 clearance 或預算限制）而且無法更改設計時，才考慮使用點膠環氧樹脂。理解你是在永久增加廢料率與返工難度。

不要相信希望。不要相信「它在原型上能撐住」。相信零件的質量、焊盤的面積，以及重力那無法抗拒的力量。