在人工智能（AI）和高性能计算（HPC）领域，Chiplet架构的兴起正以前所未有的方式推动着封装技术的极限。作为一名专注于2.5D/3D互连的系统架构师，我深知每一个制造环节的精度都直接关系到整个系统的成败。在这些高度集成的AI载板和PCB上，SMT（表面贴装技术）元件与THT（通孔插装技术）元件的混合布局已成常态。如何在高密度SMT元件环绕的环境下，实现THT元件完美、可靠的焊接，同时不损伤周围敏感的芯片与电路？答案直指一项关键工艺：Selective wave soldering（选择性波峰焊）。这项技术不仅是传统焊接工艺的演进，更是确保现代复杂电子系统可靠性、性能和可制造性的核心支柱。
对于承载着数百亿晶体管的AI加速器载板而言，任何一个焊接缺陷都可能导致灾难性的故障。传统的波峰焊会无差别地将整个电路板浸入熔融的焊料中，这对于布满精密BGA和微小无源元件的现代PCB是不可接受的。因此，Selective wave soldering凭借其精准、可控的特性，成为了连接高功率连接器、加固件和特定通孔元件的首选方案。Highleap PCB Factory (HILPCB) 等领先的制造商通过精通此类先进组装工艺，为客户提供从设计到最终测试的完整解决方案，确保AI芯片的强大算力得以稳定发挥。
为什么现代AI载板离不开选择性波峰焊？
现代AI载板的设计理念是“寸土寸金”。为了缩短信号路径、降低延迟，高带宽内存（HBM）、逻辑芯片（SoC）和I/O模块被以极高的密度集成在同一块IC Substrate PCB上。这些元件几乎全部采用SMT工艺，并在电路板的两面进行布局。然而，系统中依然存在无法被SMT元件替代的关键部分，例如：
- 高电流电源连接器：AI芯片功耗巨大，需要能够承载数百安培电流的坚固连接器，这些通常是THT元件。
- 高速I/O接口：如PCIe、CXL等高速总线连接器，为了保证机械强度和信号完整性，常采用THT设计。
- 板载VRM和大型电感：为满足AI SoC的瞬态供电需求，大型、重型的电源模块和电感器也多为THT形式，以确保牢固的机械连接。
在这样的混合技术布局中，传统焊接方法捉襟见肘。整板波峰焊会熔化并损坏已贴装的SMT元件；而纯手工焊接虽然灵活，但在大批量生产中难以保证一致性、可靠性，且效率低下，容易引入人为缺陷。
Selective wave soldering技术应运而生，它通过一个微型、可精确控制的焊料喷嘴，只对指定的THT焊点进行焊接。整个过程自动化，确保了每个焊点都获得一致的焊料量、温度曲线和焊接时间，从而在不影响板上任何其他元件的情况下，完成高质量的THT/through-hole soldering。
选择性波峰焊如何确保高速信号完整性？
对于AI系统而言，数据传输速率是核心性能指标。从HBM到SoC，再到外部的PCIe 6.0接口，任何环节的信号衰减或失真都是不可接受的。THT连接器作为信号进出载板的关键门户，其焊接质量直接影响信号完整性（SI）。
Selective wave soldering通过以下方式保障高速信号的稳定传输：
- 一致的阻抗控制：手工焊接的焊料量和形状难以控制，容易导致焊点阻抗不匹配，引发信号反射。选择性波峰焊通过精确的程序控制，确保每个引脚的焊点形态和尺寸高度一致，从而维持了传输线的特征阻抗连续性。
- 消除潜在的冷焊与虚焊：冷焊或虚焊是高速信号的“隐形杀手”，会引入间歇性故障和数据误码。该工艺通过精确的预热和焊接温度控制，确保焊料与通孔、引脚之间形成优良的金属间化合物（IMC）层，从根本上杜绝了此类缺陷。
- 最小化热应力影响：局部化的加热方式避免了对整个电路板的冲击，特别是对那些靠近THT连接器的敏感高速差分对。这保护了HDI PCB中精密的微盲孔和埋孔结构，维持了其设计性能。在此过程中，一个精心设计的Fixture design (ICT/FCT) 不仅能保护周围元件，还能确保PCB在热处理过程中保持平整，避免因形变导致信号路径长度发生变化。
⚙️ 选择性波峰焊实施流程 (1x4)
确保高密度板中通孔元件焊接的可靠性和质量。
对目标焊点精准喷涂助焊剂。
对焊接区域进行预热，激活助焊剂。
微型焊料波接触焊点，在程序控制下完成。
焊点自然冷却，随后进入AOI/X-Ray检测。
精准热管理：选择性焊接工艺的核心优势
热管理是AI载板设计的永恒主题。选择性波峰焊的“选择性”不仅体现在位置上，更体现在热量的施加方式上。与整个电路板通过回流焊炉的“地毯式轰炸”不同，选择性焊接是“精确制导打击”。
这种精准的热管理带来了几个关键好处：
- 保护热敏元件：AI载板上可能包含对温度极其敏感的光学模块、传感器或特殊材料。选择性焊接将热量严格限制在几平方毫米的THT区域，有效保护了这些昂贵且脆弱的元件。
- 防止PCB翘曲：大型、高层数的AI载板在经历不均匀或过度的热循环后，容易发生翘曲。翘曲会严重影响BGA焊点的可靠性，甚至导致Chiplet与载板之间的微凸点连接断裂。选择性焊接的局部加热特性极大地降低了板材的整体热应力，是控制翘曲的关键工艺手段。
- 工艺窗口更宽：由于无需顾忌整板最低耐温元件的限制，焊接参数可以针对THT元件本身进行优化，从而获得更理想的焊接效果。
治具设计在选择性焊接中的关键作用是什么？
如果说选择性波峰焊设备是手术刀，那么焊接治具（Soldering Pallet/Fixture）就是稳定病人的手术台和保护周围组织的隔离罩。一个优秀的治具设计是工艺成功的先决条件。
治具的核心功能包括：
- 屏蔽保护：治具会精确地开窗，仅暴露需要焊接的THT引脚，同时将板上所有的SMT元件牢固地覆盖和保护起来，防止它们接触到高温焊料。
- 支撑与定位：对于大型或不规则的PCB，治具提供坚固的支撑，防止在焊接过程中因重力或热量而下沉或变形。
- 引导焊料流动：治具的设计会影响焊料波的流体动力学特性，确保焊料能够顺畅地填充通孔，并形成完美的焊点。
因此，专业的Fixture design (ICT/FCT) 是一个涉及材料科学、热力学和精密机械加工的综合性工程。像HILPCB这样的Turnkey Assembly服务商，通常会将其作为DFM（可制造性设计）分析的关键环节，与客户共同优化设计，确保从第一块板开始就达到最高的焊接质量。
不同焊接技术对比
| 特性 | 手工焊接 | 传统波峰焊 | Selective wave soldering |
|---|---|---|---|
| 一致性 | 低 | 高 | 极高 |
| 对SMT元件影响 | 风险可控 | 影响巨大 | 无 |
| 热应力 | 局部，但不可控 | 整板，高 | 局部，可控 |
| 适用场景 | 原型、维修 | 纯THT或单面SMT板 | 高密度混合技术板 |
| 生产效率 | 极低 | 高 | 中到高 |
如何通过Boundary-Scan/JTAG验证焊接质量？
焊接完成后，验证是必不可少的环节。对于THT连接器密集的引脚，传统的飞针测试或ICT（在线测试）可能因空间限制而无法施展。这时，Boundary-Scan/JTAG（IEEE 1149.1标准）测试就显得尤为重要。
JTAG通过连接器引脚访问芯片内部的测试逻辑，可以在不使用物理探针的情况下，检测出因焊接问题导致的开路（未连接）和短路（相邻引脚桥接）。在选择性波峰焊之后，运行一套完整的Boundary-Scan/JTAG测试程序，可以高效地验证：
- 连接器所有引脚是否都已正确连接到PCB上的对应网络。
- 焊接过程中是否意外造成了引脚之间的桥连。
这种电气层面的验证与AOI（自动光学检测）或X-Ray的物理外观检查相结合，构成了对焊接质量的全面评估，确保交付的每一块AI加速卡都功能完好。
追溯系统（Traceability/MES）如何提升工艺可靠性？
在价值高昂的AI硬件制造中，过程控制和可追溯性是生命线。一个强大的Traceability/MES（制造执行系统）在选择性波峰焊工艺中扮演着关键角色。
系统会为每一块通过产线的PCB创建一个唯一的数字档案，并记录下其在选择性焊接工站的所有关键参数，例如：
- 使用的焊料批次和助焊剂类型
- 预热和焊接的温度曲线
- 每个焊点的焊接时间（Dwell Time）
- 氮气保护流量
- 操作员ID和设备编号
这种精细化的Traceability/MES管理，一方面确保了每一块板都严格按照既定工艺参数生产，保证了高度的一致性；另一方面，一旦在后续测试或客户端发现任何问题，工程师可以迅速追溯到具体的生产批次和工艺数据，进行根本原因分析，从而快速解决问题并持续改进工艺。
✨ HILPCB 一站式组装服务优势
从设计协同到全面质量控制，我们为您的PCBA项目提供端到端支持。
DFM/DFA协同设计
从PCB设计阶段介入，优化焊盘、间距和热设计，为高质量的Through-hole assembly奠定基础。
先进工艺能力
拥有先进的选择性波峰焊、PoP堆叠和01005元件贴装能力，满足最复杂的组装需求。
全面质量控制
整合3D SPI、AOI、AXI（3D X-Ray）和FCT，结合JTAG测试，确保每个环节的质量。
完整追溯体系
强大的Traceability/MES系统覆盖从元器件入库到成品出货的全过程，提供完整的生产数据报告。
选择性波峰焊与一站式PCBA服务的整合价值
将Selective wave soldering工艺置于一个完整的Turnkey PCBA服务流程中，其价值将得到最大化。当PCB制造和组装由同一个供应商（如HILPCB）负责时，可以实现无缝的协同效应。
PCB制造团队在设计阶段就能预见到组装挑战，例如，他们会优化THT孔的金属化质量和尺寸，以适应选择性焊接的要求。而组装团队则完全了解所使用板材的热性能和尺寸稳定性，从而可以设定最优的焊接参数。这种深度的整合避免了传统外包模式中常见的沟通壁垒和责任推诿，显著缩短了产品上市时间，并提高了最终产品的可靠性。
对于客户而言，选择一个提供全面Turnkey PCBA解决方案的合作伙伴，意味着将复杂的供应链管理简化为单一接口，可以将宝贵的工程资源更专注于核心的芯片设计和系统架构创新。从原型到量产，这种一站式服务模式，结合了先进的THT/through-hole soldering技术，是加速AI产品开发和迭代的强大引擎。
结论
总而言之，Selective wave soldering已不再是一项小众或辅助性的焊接技术，而是支撑起现代AI和HPC硬件制造的基石。它以手术刀般的精度，解决了高密度、混合技术电路板上THT元件的焊接难题，直接保障了系统的信号完整性、电源稳定性和长期可靠性。
作为系统架构师，我们在设计下一代Chiplet系统时，不仅要关注芯片间的互连，更要将可制造性（DFM）和可组装性（DFA）置于同等重要的位置。选择像HILPCB这样，不仅拥有先进PCB制造能力，更精通Selective wave soldering等关键组装工艺，并辅以完善的测试（Boundary-Scan/JTAG）和追溯（Traceability/MES）体系的合作伙伴，是确保设计蓝图成功转化为卓越产品的关键。在通往更强AI算力的道路上，对卓越制造工艺的追求，将永远是不可或缺的一环。