最近遇到这样一个案例： 某单板焊接，板上 QFN 封装器件信号焊盘锡膏流失（如图 1 示），不良率约 75%。

　　图1  缺陷点状态

　　现场确认，印刷环节无异常；相邻两引脚焊接无异常；X-RAY 测试确认，锡膏熔融后被中间散热焊盘拖走，导致信号焊盘无法形成可靠焊点。

　　注：周围小焊盘称为“信号焊盘”；中间大焊盘称为“散热焊盘”（下文同）。 器件焊接前状态及局部放大，如图 2 示：

　　图 2  缺陷点焊接前状态及局部放大

1、原因分析

器件有 48 个引脚，问题只出现在接地的信号焊盘。此焊盘和散热焊盘为同一网络，两焊盘通过导线连接，而其它信号焊盘与导热焊盘无导线连接。 连接导线的存在，使得信号焊盘与散热焊盘间距减小，锡膏熔融后发生接触，因两焊盘表面张力的巨大差异，导致信号焊盘上焊锡被拖走，从而无法可靠焊接。

1.1  连线对焊盘间距的影响

　　局部放大“图 2”红色椭圆标记位置，可知无连线时，信号焊盘与散热焊盘间距为“阻焊桥+2 阻焊开窗宽度”，而有连线时，焊盘间距等于阻焊桥宽度。图 3 示：

　　图3  “图2”红色椭圆标记位置局部放大

　　详细设计说：

　　图4  导线对焊盘的影响

　　焊盘及器件库设计详细信息：

　　散热焊盘与信号焊盘内间距 0.3mm；阻焊开窗单边 0.075mm；阻焊桥宽度 0.15mm。 无连线：焊盘间距 0.3mm，即实际间距同设计间距；图 4 左侧。

　　有连线：焊盘间距 0.15mm，连线及阻焊开窗的存在，相当于焊盘沿连线相对延伸，延伸后焊盘与阻焊桥无缝衔接，故焊盘间距同阻焊桥宽度，图 4 右侧。

　　注：焊盘、器件库及 PCB 设计均符合一般规范，无设计缺陷。

　　1.2  工程处理对焊盘间距的影响

　　设计数据必须经“工程处理”后才能用于生产制板。工程处理基于设备需求、制程能力等因素考虑，对原始设计进行补偿或缩减（具体数值，不同供应商存在差异）。我司 A 供应商对焊盘及阻焊补偿如下：

　　焊盘单边补偿 2mil，阻焊油墨距离焊盘 2.5mil （注：数据来自供应商）。焊盘间距变化：

　　无连线：焊盘间距 0.2～0.3mm；

　　有连线：焊盘间距约 0.08mm，补偿后，阻焊开窗较原焊盘单边大 4.5mil （约 0.11mm）， 则阻焊桥宽度为 0.3－2×0.11=0.08（mm），即为焊盘间距。

　　1.3  综述

　　1）原始设计散热焊盘和信号焊盘内侧间距 0.3mm；

　　2）导线连接两焊盘，散热焊盘和信号焊盘内侧间距减小为 0.15mm；

　　3）工程处理后，散热焊盘和信号焊盘内侧间距减小为 0.08mm。

　　2、结论 

焊盘间距过小，且信号焊盘与散热焊盘尺寸差异大，熔融锡膏表面张力差异大，导致焊接不良发生。

　　注：任何不良的发生，原因均非单一，但一定有主次之分，解决了主因，其它次因不足以触发不良发生。 

3、解决措施 

散热焊盘由 NSMD 设计，改为 SMD 设计，阻焊开窗单边内缩 0.2mm。 注：SMD 焊盘设计并非完美，阻焊厚度不易管控，可能对器件共面性有一定影响，但“两害相权取其轻”，故选择此措施解决问题。

　　图 5：散热焊盘更改前后对比（综色为阻焊开窗）

4、措施固化

　　将解决措施固化到设计规范。

　　更改前设计规范：散热焊盘与信号焊盘内间距 d≧0.2mm，散热焊盘优选 NSMD 设计；

　　更改后设计规范： 信号焊盘与散热焊盘内间距 0.2≦d≦0.3(mm)，散热焊盘优选 SMD 设计（阻焊开窗较焊盘内缩 0.1～0.2mm）。

　　附： 焊盘间连线，是 PCB 设计的常规操作，本不应该对后续环节有影响，但影响的确存在。

　　生产端不反馈这些信息，单凭设计端 “纸上设计”，无论如何也不能识别这类问题。焊盘连线的影响，除上述案例，还有以下 BGA 器件设计案例，焊盘间连线导致焊盘尺寸及形状严重畸变，如下图示：

　　图 6

　　注：

1. 绿色标记焊盘无连线，焊盘为规则圆形；红色标记焊盘有连线，焊盘变为异形。

2. IPC-7095C：连接 NSMD 焊盘线宽≦0.2mm；连线数量﹤2；

3. IPC-7095D：连接 NSMD 焊盘线宽≦0.2mm；取消连线数量要求。

　　案例启示

　　一个规范的设计，生产时发生严重质量问题。这只是生产过程中成百上千的问题之一，制造系统（指包含人机料法环五核心要素的全系统）每天都会出现各种问题，在分析解决问题的过程中，产生海量数据，而大部分数据分散在电脑或人脑的某个角落，随着奔腾不息的数据洪流，最终被湮没其中。

　　“生产反哺设计”（或称“反向工程”）的概念都耳熟能详，意指制造经验驱动设计优化的动态迭代过程，其核心在于生产实践中发现的设计缺陷、效率限制和品质问题反向指导产品设计的改良与创新。而“制造经验”即为制造系统所产生海量数据的感知积累总结沉淀。“生产反哺设计”理念核心是打破传统"设计-生产"单向线性流程，建立设计与制造的双向反馈循环，使得制造端的实际经验成为设计迭代的重要输入。

　　熟悉并理解概念不难，难的是把概念通过实际工作使之具象化。

　　很多时候设计与制造处于相对割裂的状态。设计完成图纸后“抛掷”给制造部门，制造环节发现问题只能通过临时工艺调整进行补救，这些宝贵的问题数据要么不反馈，要么点对点反馈，不成系统，也就无法分析总结提炼，导致类似问题在不同产品间反复出现，“反哺”也就成为一句空谈。

　　大数据时代，数据是资源也是财富，说“得数据者得天下”有点夸张，但充分获取数据并能充分应用，在激烈的市场的搏击中，定有一席之地。

【本文转自公众号PCBA设计与制造，图文有删减，转载仅供学习交流。】