画图、打板到焊接调试,就像养孩子一样,每一步都倾注心血。但是最郁闷的事儿,就是焊完最后一个元件,通电测试后突然发现板子上有一小块铜皮,它鼓包、翘起来,甚至都烧糊了。这就是常说的爆铜皮、起皮。这可不是个小事,轻的线路断开,程序下不进去,重的可能会短路烧掉芯片,整个项目功亏一篑。今天,就来聊聊这个话题,这到底是为啥?
首先,咱们得知道PCB是啥结构。可以把一块PCB板想象成一块多层饼。最核心的饼是绝缘的基板,而上下的馅就是薄薄的铜箔。为了让铜箔牢牢地粘在基板上,之间有一层叫半固化片的胶。所以爆起铜皮,说白了,就是这层胶出问题了,让铜皮和基板分离了。
一、为什么会出现这个问题?
1.过热
电烙铁温度太高,停留的时间太长。焊接芯片或是元件的时候,生怕虚焊,就把烙铁温度调得老高,比如有的同学可能都超过400°C,或者是在一个焊盘上反复烫。PCB的基板和上面的铜箔是靠一层特殊的胶粘在一起的。这么一烫,就像用火去烤一块双面胶,胶水烧糊就失去了粘性,上面的铜皮自然就翘起来了。
拆元件时太暴力。用热风枪拆芯片,风力和温度没掌握好,对着一个地方使劲儿吹。或是用烙铁堆锡硬拽,巨大的热应力和物理拉力,直接就把脆弱的铜皮从基板上撕了下来。
2.PCB本身的体质不太好
板材质量差,可能会使用劣质的基板材料或者粘合胶。耐热性就差了,可能正常的焊接温度,就已经承受不住了,铜皮和基板之间的结合力不够。而且如果压合工艺不到位,或者铜箔表面在处理时不够干净,也会结合不牢。这和盖房子一样,地基没打好,墙面一碰就掉皮。
3.物理伤害和化学腐蚀
反复弯折,咱们调试的时候,板子可能经常拿来拿去,如果不小心弯折了板子,特别是靠近板边的地方,应力集中也可能会铜皮脱落。
助焊剂腐蚀,用了一些酸性或腐蚀性强的助焊剂,又没及时清理干净,会慢慢腐蚀铜皮和粘合剂,时间一长,铜皮也就烂掉了。
4.电流
这个在功率电路里更常见,驱动个电机、继电器什么的也可能遇到。如果设计不好,有条走线瞬间通过了远超于它承载能力的电流,导线会急剧的发热,就像保险丝一样烧断。这种瞬间的高温同样能烧毁粘合剂,铜皮不仅烧断,还会爆起。
5.受潮
PCB的基板像块饼干,它会吸收空气里的水分。如果PCB在生产以后存放不当,或是在潮湿环境放太久,就会有潮气。焊接的时候,高温让内部的潮气受热急剧膨胀成水蒸气。这个蒸汽的力量非常大,能把内部把铜皮顶起来。这就会铜皮起泡,鼓成一个个小包。 就像把一块湿饼干放烤箱里,水蒸气会把饼干撑得鼓起来裂开。
二、该怎么预防?
知道了原因,对策就清晰了。
1.温柔焊接。调低温度: 焊接普通贴片元件和插件,烙铁设置在320°C - 380°C之间基本是足够的。对于大面积铺铜的接地焊盘,可以适当提高一点,但不要超过400°C。点到为止,每个焊盘的焊接时间控制在2-3秒内,不要长时间加热。
拆件要小心:用热风枪温度风力要均匀,让整个芯片受热,不要死磕一个角。可以多用吸锡带、锡炉这种工具,减少暴力拉扯。
2.选靠谱的PCB供应商,他们用的板材和工艺更规范,能从根本上减少问题。
3.设计上留余地。线宽要够,根据通过的电流大小,适当加宽电源线和地线的宽度。
焊盘热设计:对于需要反复焊接或是和大面积铜皮连接的焊盘,在做PCB设计的时候,可以用热焊盘来连接,这样可以减少散热,让焊接更容易,可以避免为了化锡而拼命加温。
5.注意保养: 焊接完成后,如果使用了较多的助焊剂,最好用洗板水或者无水酒精清洗一下板子,防止腐蚀。
三、万一爆起了,怎么办?
如果只是小面积、不是关键信号线, 可以用万用表测一下是不是已经断路。如果没断,也不影响其他部分,可以用一点绿油阻焊漆或者绝缘胶固定一下,能以防进一步脱落。如果是电源线或关键信号线, 最稳妥的办法是用一根细导线飞线连接,绕过损坏的铜皮。如果大面积爆起, 这块板子基本就宣告报废了,最好换一块新的,省的留隐患。
搞开发,踩坑是常态,但每踩一个坑,我们就要把它填平,然后再插上一个此路不通的牌子,这样自己和别人下次就不会再掉进去了,而这就是经验。希望这篇文章能帮大家理解PCB为什么会爆起铜皮。虽然是个小问题,但背后是焊接工艺、板材质量和电路设计知识的综合体现。搞懂了这些,单片机开发之路会走得更稳当。