被動溫度/熱量控制(PTC)因可作為被動類保護元件，所以被廣泛應用在鋰離子二次電池的二次保護設計中。與其他表面黏著元件類似，客戶在實際使用PTC的過程中也會遇到在焊接時所發生的不良狀況。
本文將透過一些在用戶端發生的實際案例，深入探討表面黏著元件在使用時應注意的一些關鍵點，希望藉此將元件出現焊接不良的情況減到最少。
經常出現的焊接問題
在表面黏著技術(SMT)處理後，用戶端經常遇到的焊接不良狀況包括焊球(Solder Ball)、立碑(Tombstone)、虛焊/空焊(Unsoldered)及偏位(Off Pad)等，分述如下。
通常發生在元件的引腳之間。其成因主要是由於焊接過程中急速加熱而使焊料飛散，以及錫膏印刷錯位或塌邊所導致(圖1)。
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| 圖1 焊球 |
矩形片式元件的一端焊接在焊盤上，而另一端則是翹立著，這種現象稱為曼哈頓現象，也叫立碑(圖2)。
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| 圖2 立碑 |
元件一端或側面未爬錫，形成空焊/虛焊(圖3)。
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| 圖3 虛焊/空焊 |
元件突出在焊盤位置之外(圖4)。
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| 圖4 偏位 |
焊接不良成因分析
根據SMT生產經驗，造成上述各種焊接不良情況的因素通常包含以下幾個方面：
包括印刷工站存在偏移/錯位不良，而操作人員未有處理，或是操作人員上鋼網時未檢查有否堵孔。也可能是操作人員訓練不足，操作不符合指導規範。
有可能是印刷精度、表面黏著精度異常，或者回流焊爐溫設置異常。
貼裝座標調整錯誤或異常、未按規定頻率清洗鋼網、物料受潮但未按照指示進行烘烤，或是印刷錫膏過厚或過薄。
雖然有註明對物料溫濕度管控條件的要求，但實際上並未按照指示保存物料，導致物料受潮或發生其他異常；印刷電路板(PCB)來料焊盤受到污染，導致焊盤拒錫或上錫不良；印刷電路板的元件焊盤設計布局未考慮吸熱/散熱平衡，導致焊盤兩端的溫差過大；印刷電路板焊盤尺寸設計與元件自有推薦焊盤設計尺寸不匹配；在過回流後，元件自身發生變形；元件焊接端子氧化或鍍層出現異常，導致上錫不良。
實例探討與解決之道
排除人員、機器設備、操作方法的影響，以下將討論物料所導致的不良，再結合實際案例進一步分析。
解決立碑/空焊問題
當印刷電路板/焊盤尺寸設計布局未考慮吸熱/散熱平衡，一側焊盤連接著大面積的銅皮，而另一側焊盤連接的銅皮面積卻小得多，由於散熱面積差異，導致印刷電路板兩個焊盤在過回流焊過程中出現較大溫差，實際測量焊盤的溫度差高達10度以上。而印刷電路板一側焊盤阻焊油墨下延伸出一定厚度的銅皮，在兩個焊盤間形成臺階，元件在黏著後，導致其中一端被抬高(圖5)。
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| 圖5 由於散熱面積差異，導致印刷電路板兩個焊盤在過回流焊過程中出現較大溫差。 |
改善之道是，建議客戶印刷電路板產品研發設計人員在設計初期就要充分瞭解各家元件供應商所推薦的設計尺寸，並盡可能地做出參考設計，如果遇到困難，直接向代理商諮詢或者向原廠相關技術單位尋求支援。
排除虛焊情況
問題的發生原因是客戶印刷電路板/焊盤之尺寸設計與元件供應商所推薦的焊盤設計不匹配(圖6)。客戶焊盤設計尺寸總長為3.80毫米(mm)，而PTC元件實際的長度為3.3∼3.4毫米，焊接端子長度則為0.5毫米。
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| 圖6 客戶印刷電路板實際焊盤設計尺寸(左)；PTC供應商所推薦的印刷電路板焊盤設計(右) |
理論上，當元件擺放在正中央，元件兩側將各留有0.2毫米的爬錫空間，但在實際實施表面黏著的過程中，很難保證元件恰好擺放在正中央的位置。考慮設備定位誤差和產品熱收縮，按公差+/-0.1毫米考量，則在極端情況下，元件一側焊盤將只有0.1毫米的爬錫空間；在這樣的條件下，將很難實現良好的焊接效果。而另一側則由於有足夠的空間，爬錫容易且快，在表面張力產生的扭轉拉力下，元件勢必因為吊橋效應而稍稍拉起偏向一側，而形成空焊甚至立碑的現象。
碰到這種狀況時，建議客戶印刷電路板產品研發設計人員在設計初期即要充分瞭解各家元件供應商所推薦的設計尺寸，並盡可能做出參考設計，如果實現有困難，必須向代理商諮詢或者向原廠相關技術單位尋求支援。
而對於空焊/虛焊的一些補充改善建議是，讓客戶將鋼網的開口間距加大，並適當地各向中心外側外擴0.2∼0.3毫米，而且鋼網厚度應不小於0.1毫米，以確保PTC元件端子可與印刷電路板焊盤充分接觸(圖7)。
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| 圖7 焊盤設計(左)；鋼網開窗(紅色區域)(右) |
避免偏位發生
另一種狀況是，客戶印刷電路板/焊盤之尺寸設計與元件供應商所推薦的焊盤設計不匹配(圖8)。客戶焊盤的設計尺寸明顯大於元件實際焊盤的尺寸，雖然元件在經過表面黏著的製程後，將可因錫膏的粘性而暫時固定，但隨著通過回流焊時爐溫的變化，錫膏也會出現熔化和凝結的現象，在張力的作用下，不可避免地會發生元件偏移的現象。
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| 圖8 供應商所推薦的印刷電路板焊盤設計(左)；客戶印刷電路板實際焊盤的設計尺寸(右) |
建議客戶印刷電路板產品研發設計人員在設計初期應充分瞭解各家元件供應商所推薦的設計尺寸，並做出參考設計。另一方面，可以考慮從鋼網設計來進行調整。對於這一類焊盤面積較大的設計，建議更改鋼網開口，將單一視窗改為多視窗陣列，以減少錫膏用量來減少焊接偏移發生的情形。
(本文作者任職於TE)