波峰焊工藝中常見缺陷產(chǎn)生原因及防止措施

1、波峰焊工藝中常見缺陷產(chǎn)生原因及防止措施目 錄序號(hào)缺陷名稱頁碼1 假焊/虛焊 32 橋連 43 填充不良 54 不潤濕/潤濕不良 65 針孔 76 氣孔/焊點(diǎn)空洞 87 冰柱 98 焊旗 109 表面裂紋 1110 焊點(diǎn)剝離 1211 不完全焊點(diǎn) 1312 焊料球 1413 助焊劑殘留 1614 白色殘留 1715 深色殘余物及白色殘余物 1816 焊錫網(wǎng) 1917 錫瘟 2018 錫須 2119 冷焊 2220 元件破裂 2321 球狀焊點(diǎn) 2422 其它缺陷 25力拓國際(香港有限公司W(wǎng)WW.LTSMT.COM前 言當(dāng)問題發(fā)生時(shí),首先必須檢查的是制造過程的“基本條件”,一般可將它歸類為以下三

2、大因素:(1材料問題這些包括焊錫的化學(xué)材料,如助焊劑、油、錫、清潔材料,還有PCB的包覆材料,如防氧化樹脂、暫時(shí)活永久性的防焊油墨及印刷油墨等。(2焊錫潤濕性差這涉及所有的焊錫表面,像元件(包括THT及SMT元件、PCB及電鍍通孔都必須被列入考慮。(3生產(chǎn)設(shè)備偏差這包括機(jī)器設(shè)備和維修的偏差以及外來的因素、溫度、輸送帶速和角度、還有浸錫的深度等等,都是和機(jī)器有直接相關(guān)的參數(shù)。除此之外,通風(fēng)、氣壓降低和電壓的變化等等外來因素也都必須被列入分析的范圍之內(nèi)。假焊/虛焊定義:虛焊與假焊都是指焊件表面沒有充分上錫,焊件之間沒有被錫固定住,主要是由于焊件表面沒有清除干凈或焊劑用得太少所引起的。假焊是指表面上

3、看焊住了,但實(shí)際上并沒有焊上,有時(shí)用手一拔引線就可以從焊點(diǎn)中拔出。虛焊是焊點(diǎn)處只有少量的錫焊住,造成接觸不良,時(shí)通時(shí)斷。 成因:(1 元件焊端、引腳、印制板焊盤氧化或污染,或印制板受潮;(2 片式元件端頭金屬電極附著力差或采用單層電極,在焊接溫度下產(chǎn)生脫帽現(xiàn)象;(3 PCB設(shè)計(jì)不合理,波峰焊時(shí)陰影效應(yīng)造成漏焊;(4 PCB翹曲使其與波峰接觸不良;(5 傳送帶兩側(cè)不平行,使PCB與波峰接觸不平行;(6 波峰不平滑,波峰兩側(cè)高度不平行,尤其電磁泵波峰焊機(jī)的錫波噴口如果被氧化物堵塞時(shí),會(huì)使波峰出現(xiàn)鋸齒形,容易造成漏焊、虛焊;(7 助焊劑活性差,造成潤濕不良;(8 PCB預(yù)熱溫度太高,使助焊劑碳化失去

4、活性,造成潤濕不良。防止措施:(1 元件先到先用,不要存放在潮濕環(huán)境中,不要超過規(guī)定的使用日期;(2 對(duì)印制板進(jìn)行清洗和去潮處理;(3 采用三層端頭結(jié)構(gòu),能經(jīng)受兩次以上260波峰焊溫度沖擊;(4 控制PCB翹曲度小于0.75%(IPC標(biāo)準(zhǔn);PCB板翹曲度小于0.81.0%(經(jīng)驗(yàn);(5 設(shè)置恰當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度。橋連(Bridge定義:橋連即相鄰的兩個(gè)焊點(diǎn)連接在一起,具體來說就是焊錫在毗鄰的不同導(dǎo)線或元件之間形成非正常連接現(xiàn)象,隨著元件引腳間距的變小及PCB線路密度的提高,這種缺陷出現(xiàn)的幾率逐漸增加。在波峰焊中,橋連經(jīng)常產(chǎn)生于SMD元件朝向不正確的方向、不正確的焊盤設(shè)計(jì),元件之間的距離不足夠遠(yuǎn)也會(huì)產(chǎn)生

5、橋連。(注:橋接不一定短路,而短路一定橋接 成因:(1 PCB板焊接面沒有考慮釬料流的排放,線路分布太密,引腳太近或不規(guī)律;(2 PCB焊盤太大或元件引腳過長(一般為0.83mm,焊接時(shí)造成沾錫過多;(3 PCB板浸入釬料太深,焊接時(shí)造成板面沾錫太多;(4 PCB板面或元件引腳上有殘留物;(5 PCB板面插裝元件引腳不規(guī)則或插裝歪斜,焊接前引腳之間已經(jīng)接近或已經(jīng)接觸;(6 焊材可焊性不良或預(yù)熱溫度不夠或是助焊劑活性不夠;(7 焊接溫度過低或傳送帶速度過快,焊點(diǎn)熱量吸收不足。在SnCu釬料中,由于流動(dòng)性較差,對(duì)溫度更為敏感,這種現(xiàn)象非常明顯;(8 釬料被污染,比如Fe污染形成的污染物或釬料的氧化

6、物會(huì)造成橋連現(xiàn)象。注:一定搭配的焊盤與引腳焊點(diǎn)在一定條件下能承載的釬料(錫膏量是一定的,如果處理不當(dāng),多余的部分都可能造成橋連現(xiàn)象。防止措施:(1 QFP和PLCC與波峰成45°,釬料流排放必須放置特殊設(shè)計(jì)在引腳角上;(2 SOIC元件與波峰之間應(yīng)該成90°,最后離開波峰的兩個(gè)焊盤應(yīng)該稍微加寬以承載多余釬料;(3 引腳間距小于0.8mm的IC建議不要采用波峰焊(最小為0.65mm;(4 適當(dāng)提高預(yù)熱溫度,同時(shí)考慮在一定范圍內(nèi)提高焊接溫度(250ºC260270ºC以提高釬料流動(dòng)性,但注意高溫對(duì)電路板造成損傷及對(duì)焊接設(shè)備造成的腐蝕;(5 SnCu中可以添加

7、微量Ni以提高釬料流動(dòng)性;(6 采用活性更高的助焊劑;(7 減短引腳長度(推薦為1.5mm,并成外分開15°,減小焊盤面積。返修:橋連可用一種特殊的電烙鐵來返修處理。先增加一點(diǎn)助焊劑到橋連的地方,加熱釬料合金并且沿著引腳移走電烙鐵,一直到焊角頂端提起,帶走多余的釬料。通過移走焊盤之間大量釬料來截?cái)嗬w維。如果必要的話,用等丙烷、棉花球或刷子、麻布清洗返修點(diǎn),直到所有助焊劑移走。檢查焊點(diǎn)是否增加助焊劑可重新釬焊。填充不良(Poor Hole Fill定義:一般來說,由于釬料具有毛細(xì)管爬升性能,波峰達(dá)到板厚的2/3左右而無需完全漫過板面就能形成良好的焊點(diǎn)。但遇到某些特殊情況時(shí)就可能產(chǎn)生填充

8、不良現(xiàn)象,影響焊點(diǎn)可靠性。助焊劑涂敷方式由發(fā)泡型改為噴霧型時(shí)這種缺陷特別常見,免清洗助焊劑減少了助焊劑的使用量也增加了這種缺陷,主要原因是焊劑不能很好的涂敷到引腳及孔內(nèi)部,由于存在壓頂和隆起效應(yīng),很難通過毛細(xì)作用把釬料送到通孔的頂端。 成因:(1 PCB通孔鍍層或元件引腳表面被污染,造成可焊性差,焊接過程中焊錫的爬升困難;(2 預(yù)熱溫度過低或是助焊劑活性差或是助焊劑涂敷不均勻,對(duì)通孔內(nèi)壁的作用不夠,直接影響釬料在其表面的潤濕行為;(3 波峰高度不夠或是導(dǎo)軌傾角太大;(4 PCB與波峰接觸時(shí)間不夠;(5(6 通孔孔徑與引腳直徑之間不匹配,直接影響釬料的爬升性能。防止措施:(1 采用足夠活性的助焊

9、劑及噴涂量是避免填充不良的主要措施;(2 按要求選用PCB及元件,保護(hù)好材料表面鍍層,否則改善PCB供應(yīng)商;(3 提高預(yù)熱溫度(必要時(shí)加裝頂部預(yù)熱器;(4 調(diào)整波峰高度或放慢傳輸速度,增加浸錫時(shí)間;(5 通孔的孔徑比引腳直徑大0.15-0.4mm(細(xì)引腳取下限,粗引腳取上限。不潤濕(Nonwetting/潤濕不良(Poor Wetting定義:不潤濕或潤濕不良是指焊錫合金不能在焊盤上很好的鋪展開,從而無法得到良好焊點(diǎn),直接影響到焊點(diǎn)的可靠性。 不潤濕 潤濕不良成因:(1 PCB焊盤或引腳表面的鍍層被嚴(yán)重氧化而不能被助焊劑完全清除,氧化層將熔融釬料與鍍層隔開,釬料無法在氧化層上潤濕鋪展(注:PC

10、B和元件存儲(chǔ)時(shí)間長或者存儲(chǔ)條件不符合標(biāo)準(zhǔn)都可能造成這種情況;(2 鍍層厚度太薄或是加工不良,很容易在組裝過程中被破壞;(3 PCB焊盤或元件引腳被污染;(4 釬料或助焊劑被污染;(5 鍍層與焊錫之間的不匹配很有可能產(chǎn)生潤濕不良現(xiàn)象;(6 焊接溫度不夠,波峰接觸時(shí)間短。相對(duì)SnPb 而言,常用無鉛焊錫合金的熔點(diǎn)升高且潤濕性大為下降,焊接溫度較低時(shí)其潤濕性很弱;(7 預(yù)熱溫度偏低或助焊劑活性不夠,使得助焊劑未能有效去除焊盤及引腳表面氧化膜;(8 助焊劑噴涂量不足或噴涂不均勻。防止措施:(1 按要求儲(chǔ)存板材以及元器件,不使用已變質(zhì)的焊接材料;(2 選用鍍層質(zhì)量達(dá)到要求的板材。一般說來需要至少5m厚的

11、鍍層來保證材料12個(gè)月內(nèi)不過期;(3 焊接前黃銅引腳應(yīng)該首先鍍13m的鍍層,否則黃銅中的Zn將會(huì)影響到焊接質(zhì)量;(4 合理設(shè)置工藝參數(shù),適量提高預(yù)熱或是焊接溫度,保證足夠的焊接時(shí)間;(5 氮?dú)獗Ｗo(hù)可以改善各種焊錫的潤濕行為。針孔(Blow Hole定義:針孔即焊點(diǎn)上的小孔,通常出現(xiàn)在焊點(diǎn)上通孔附近的位置。 氣體來源:PCB內(nèi)部吸潮氣,特別是采用較廉價(jià)的基板材質(zhì)或者使用較粗糙的鉆孔方式,焊盤通孔處在儲(chǔ)存過程中就更加容易吸潮;PCB或者元件引腳在插件工序或存儲(chǔ)過程中沾染了外部有機(jī)物,而這些有機(jī)物在經(jīng)歷高溫焊接時(shí)就會(huì)釋放出氣體;PCB或者元件引腳制造過程中通常存在電鍍工序,有時(shí)為了達(dá)到光亮效果會(huì)在電

12、鍍時(shí)使用過量光亮劑,而這些光亮劑經(jīng)常與金屬同時(shí)沉積在鍍層表面,在經(jīng)歷高溫焊接時(shí)就會(huì)揮發(fā)釋放出氣體。產(chǎn)生過程:其一:在高溫焊接過程中,由于以上原因形成的蒸氣會(huì)產(chǎn)生高壓作用,其逸出途徑主要是PCB板通孔;其二:材料間膨脹系數(shù)的不匹配會(huì)造成通孔銅層的破損。焊接過程中產(chǎn)生的氣體很容易通過破損的銅層進(jìn)入到釬料合金中。焊點(diǎn)表面最先凝固,隨后氣體在逸出過程中就會(huì)產(chǎn)生針孔現(xiàn)象。防止措施:(1 選用合適的PCB板;(2 對(duì)板材進(jìn)行良好的儲(chǔ)存;(3 焊前對(duì)板材進(jìn)行烘烤處理,一般為120°C條件下烘干2小時(shí)左右,如果無效則要作印刷電路板的氣體泄露試驗(yàn);(4 要求加工商保證通孔銅層厚度至少25m;(5 通過

13、溶劑清洗PCB或引腳表面污染物。氣孔/焊點(diǎn)空洞(Void定義:氣孔和針孔在成因上有很大區(qū)別,不能視為由同一原因在不同程度下造成的兩種狀態(tài)。焊點(diǎn)內(nèi)部填充空洞的出現(xiàn)與助焊劑的蒸發(fā)不完全有關(guān)。焊接過程中助焊劑使用量控制不當(dāng)?shù)暮苋菀壮霈F(xiàn)填充空洞現(xiàn)象。助焊劑的涂覆量過大,過多的助焊劑溶劑在經(jīng)過波峰時(shí)由于焊接溫度的升高,使這些溶劑產(chǎn)生氣化形成蒸汽,混入液態(tài)無鉛焊料中,在PCB離開波峰時(shí)由于焊點(diǎn)的尺寸較小,凝固速度較快一些來不及逸出焊點(diǎn)的蒸汽,在焊點(diǎn)內(nèi)部形成內(nèi)部氣孔,嚴(yán)重影響接頭的可靠性。少量的空洞的出現(xiàn)對(duì)焊點(diǎn)不會(huì)造成太大影響,但大量出現(xiàn)就會(huì)影響到焊點(diǎn)可靠性。 成因:(1 PCB、元件引腳等焊材表面氧化、污

14、染或PCB吸潮后焊接時(shí)產(chǎn)生氣體形成空洞;(2 操作過程中沾染的有機(jī)物在焊接高溫下產(chǎn)生氣體形成空洞;(3 釬料表面氧化物,殘?jiān)?污染嚴(yán)重;(4 焊接過程中涂敷了過量的助焊劑(或是錫膏中助焊劑比例偏大,難以在焊點(diǎn)凝固之前完全逸出;(5 預(yù)熱溫度偏低,助焊劑中的溶劑難以完全揮發(fā),停留在焊點(diǎn)內(nèi)部就會(huì)造成填充空洞現(xiàn)象;(6 焊接時(shí)間過短,氣體逸出的時(shí)間不夠的話同樣會(huì)產(chǎn)生填充空洞;(7 波峰高度過低,不利于排氣;(8 波峰焊通孔孔徑與元件引腳之間搭配不當(dāng)會(huì)影響助焊劑的逸出行為;(9 無鉛焊錫合金凝固時(shí)一般存在有4%的體積收縮,如果最后凝固區(qū)域位于焊點(diǎn)內(nèi)部的話同樣會(huì)產(chǎn)生空洞。防止措施:(1 PCB、元件等焊

15、材先到先用,不要存放在潮濕環(huán)境中,不要超過規(guī)定的使用日期,對(duì)印制板進(jìn)行清洗和去潮處理;(2 每天結(jié)束工作后應(yīng)清理殘?jiān)?(3 采用合適的助焊劑涂敷方式,以獲得均勻的涂敷量。助焊劑不是涂敷得越多越好;(4 調(diào)整工藝參數(shù),控制好預(yù)熱溫度以及焊接條件;(5 避免操作過程中的污染情況發(fā)生;(6 波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3處;(7 合理搭配板材與元件。冰柱(Icycling定義:組裝板上形成的不正常的圓錐狀或釘狀的焊點(diǎn)就是通常所說的冰柱(拉尖。冰柱影響到電氣最小間隙原則時(shí)是不可接受的,通常說來冰柱長度應(yīng)該小于0.2mm。 成因:在釬料脫離板面回落到波峰上的過程中,能造成釬料快速凝固的因素都可能促

16、進(jìn)冰柱產(chǎn)生。(1 基板或引腳的可焊性差;(2 助焊劑活性不夠或噴涂量不足,造成釬料在焊盤或是引腳表面潤濕不良;(3 大體積元件在預(yù)熱段吸熱不足或焊接溫度過低;(4 浸錫時(shí)間過長導(dǎo)致焊點(diǎn)分離時(shí)助焊劑不足;(5 波峰向后流量不當(dāng),速度過快;(6 出波峰后之冷卻風(fēng)流角度不對(duì),朝錫槽方向吹會(huì)造成錫點(diǎn)急速,多余焊錫無法受重力與內(nèi)聚力拉回錫槽;(7 引腳接觸到釬料當(dāng)中的氧化渣;(8 通孔孔徑與引腳直徑之間比例不當(dāng)或元件腳過長。防止措施:主要從提高釬料的潤濕行為方面著手。(1 更換強(qiáng)活性助焊劑或調(diào)整噴霧流量;(2 適當(dāng)提高預(yù)熱(或加裝頂部預(yù)熱器以及焊接溫度,使多余的錫流到錫槽來改善;(3 調(diào)整后噴嘴寬度或輸

17、送速度;(4 調(diào)節(jié)后擋板高度,控制波峰向后流量;(5 及時(shí)清理釬料表面氧化渣;(6 按要求匹配PCB板與元器件或?qū)υA(yù)加工。焊旗(Solder Flag定義:引腳上粘附了釘狀或旗狀釬料即通常所說的焊旗,焊旗對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量不會(huì)構(gòu)成太大威脅,但還是會(huì)間接造成橋連等現(xiàn)象,應(yīng)盡量避免。 成因:(1 釬料被大量氧化,PCB板脫離波峰時(shí)氧化渣粘附在引腳上。這種情況下焊旗方向大多與引腳方向一致,也有部分與引腳成一定夾角;(2 不連續(xù)的助焊劑涂敷或助焊劑活性差(這種情況在焊點(diǎn)表面還應(yīng)看見錫網(wǎng)現(xiàn)象;(3 波峰焊料噴出的控制差或波形不平整造成部分引腳沾錫更多;(4 對(duì)于大的元器件,由于其引腳分散比較開,預(yù)熱時(shí)由于元

18、器件的遮蔽作用,板的預(yù)熱效果不是很好,與波峰接觸時(shí)冷卻速度比較快,可能造成焊旗;(5 焊接溫度過低或傳送帶速度過快,使熔融釬料的黏度過大;(6 元件引腳焊接性差或是被氧化,難以產(chǎn)生潤濕的同時(shí),沾錫也難以回落到波峰中,從而產(chǎn)生焊旗現(xiàn)象;(7 元件引腳過長使其在經(jīng)過波峰時(shí)接觸到氧化層,從而易于產(chǎn)生焊料懸旗或是短路。防止措施:(1 涂敷適量助焊劑。在板脫離波峰的時(shí)候應(yīng)確保板面上還有適量助焊劑能產(chǎn)生氣氛防止釬料氧化;(2 針對(duì)釬料被大量氧化的情況,采用盡可能低的波峰溫度,有助于減少釬料氧化;(3 最好能將波峰尾流速度和方向調(diào)整至與PCB離開波峰的速度和方向一致;(4 提高預(yù)熱溫度,增加元件浸在波峰中的

19、時(shí)間;(5 減短引腳長度,減少釬料粘附和助焊劑作用距離;(6 氮?dú)猸h(huán)境也減少焊旗現(xiàn)象。表面裂紋(Surface Crack定義:通孔焊點(diǎn)表面裂紋是一種較常見的缺陷,如圖單面板焊點(diǎn)裂紋失效,產(chǎn)生原因是由于焊點(diǎn)中引腳、釬料及PCB厚度方向的膨脹與收縮不匹配造成的。在這種情況下,失效起源于原始設(shè)計(jì),沒有考慮到組成焊點(diǎn)的材料熱性能因素及實(shí)際操作溫度。根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn),深入到焊點(diǎn)內(nèi)部并影響到焊點(diǎn)機(jī)械或電氣性能的裂紋被視為焊點(diǎn)缺陷。表面裂紋都是由焊點(diǎn)內(nèi)部應(yīng)力引起的,但有多種不同的原因可以產(chǎn)生這種應(yīng)力,各自造成的裂紋外觀和位置也略有不同。 設(shè)計(jì)因素:(1 焊接接頭組成材料在焊接過程中膨脹和收縮不一致,通常這種

20、情況在非共晶釬料(如SAC中出現(xiàn)較多;(2 焊接過程中PCB板厚度方向變形過大,凝固時(shí)回復(fù)原來位置時(shí)拉動(dòng)釬料表面延長,容易造成表面裂紋現(xiàn)象。材料因素:(1 焊點(diǎn)釬料凝固時(shí)一般存在4%的體積收縮,如果表面處于最后凝固位置的話就有可能產(chǎn)生表面凹坑或時(shí)裂紋現(xiàn)象;(2 無鉛釬料中混入Pb的話也可能產(chǎn)生表面裂紋。Pb與無鉛合金之間形成的低熔脆性相很容易成為裂紋起源,裂紋可以延晶界或是穿晶向焊點(diǎn)內(nèi)部傳遞。生產(chǎn)因素:(1 焊接過程中元件固定不當(dāng)以及工人操作不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生表面裂紋。防止措施:(1 焊接中采取合理的夾持方式,避免PCB變形太大;(2 在SAC中加入少量Ni改善釬料結(jié)晶特性;(3 采用合適的焊接工藝,

21、比如提高預(yù)熱溫度,選取恰當(dāng)?shù)睦鋮s方式。冷卻方式選擇可以在一定程度上控制焊點(diǎn)的微觀形態(tài)以及應(yīng)力集中現(xiàn)象;(4 加強(qiáng)生產(chǎn)管理,避免材料受到污染和誤操作。焊點(diǎn)剝離(Fillet Lifting定義:Fillet Lifting是指釬料與引腳端點(diǎn)之間形成的彎月面,焊點(diǎn)剝離現(xiàn)象是在使用無鉛釬料后較常見的一種焊點(diǎn)缺陷。 成因:(1 常用的FR4在Z方向的膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于焊盤與釬料,在焊點(diǎn)凝固過程中板的收縮作用下產(chǎn)生應(yīng)力,可能造成焊點(diǎn)剝離現(xiàn)象;(2 冷卻過程中印刷電路板上的熱量會(huì)通過鍍層向熱導(dǎo)率非常好的Cu焊盤傳遞,從而造成了與焊盤接觸部分焊料與其他焊料非同步凝固,可能造成焊點(diǎn)剝離現(xiàn)象; (3 釬料中含有Bi

22、、In、Pb等元素時(shí)會(huì)形成低熔相,使得焊點(diǎn)凝固行為不一致(Sn-Bi共晶溫度138,Sn-In共晶溫度 120,Sn-Pb-Bi 共晶溫度96,低熔相聚集在釬料與焊盤交界處會(huì)形成非同步凝固,造成焊點(diǎn)剝離現(xiàn)象;(4 冷卻速度過慢,焊點(diǎn)中會(huì)產(chǎn)生成分偏析從而使得焊點(diǎn)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,也可能產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。防止措施:(1 盡量選用膨脹系數(shù)相匹配的材料,同時(shí)減少Z方向的熱膨脹系數(shù);(2 避免釬料的Pb污染,加強(qiáng)生產(chǎn)管理,最好能做到元器件外線表面鍍層以及PCB的表面保護(hù)層均無鉛化;(3 如無特殊要求盡量少采用含Bi、In的釬料;(4 盡量采用快速冷卻,使焊點(diǎn)中成分分布均勻,減少成分偏析和應(yīng)力集中現(xiàn)象。不完全

23、焊點(diǎn)(Incomplete Solder Joint定義:不完全焊點(diǎn)主要出現(xiàn)在單面板上,體現(xiàn)為焊盤上一部分區(qū)域沒有釬料或只有少量殘留,不與引腳之間直接通過釬料相連接。 成因:(1 通孔孔徑與元件引腳直徑不匹配;(2 銅板表面沖孔和沖壓過程中形成了焊盤毛刺,板在某些區(qū)域的偏離使焊接出現(xiàn)困難;(3 助焊劑噴涂不均勻,集中在焊盤一端;(4 導(dǎo)軌傳輸角度過大,接觸時(shí)間太短;(5 焊接溫度設(shè)置過高;(6 焊盤表面被氧化或污染;(7 元件引腳的可焊性差或助焊劑的老化;(8 焊料不能很好的潤濕引線終端,但可很好的潤濕通孔,是因?yàn)殂~線插腳在焊接前沒有很好的鍍層,以防止Zn向焊料中擴(kuò)散,降低焊料的潤濕性。防止措

24、施:應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況判斷造成不完全焊點(diǎn)的可能原因,并進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)措施。(1 焊孔直徑應(yīng)大于引腳直徑0.25mm左右,不宜太大;(2 適當(dāng)降低傳輸角;(3 適當(dāng)降低焊接溫度;(4 元件鍍層適當(dāng)、可焊性好(一般保質(zhì)期12個(gè)月;及時(shí)更換助焊劑(40小時(shí)換一次。焊料球(Solder Ball定義:板上粘附的直徑大于0.13mm或是距離導(dǎo)線0.13mm以內(nèi)的球形狀焊料顆粒都統(tǒng)稱為焊料球。焊料球違反了最小電氣間隙原理,會(huì)影響到組裝板的電氣可靠性,IPC規(guī)定600mm2內(nèi)多于5個(gè)焊料球則被視為缺陷。下板面焊球是在PCB離開焊料波峰時(shí),由于表面張力的作用焊料最初是粘附在引腳表面鍍層上的,直到重力分量增加到

25、可以克服表面張力之后,焊料才會(huì)與元件引腳分離。回到錫槽中的焊料猶如在水中投入一?！笆印睍?huì)激起水花一樣會(huì)激起一些液態(tài)焊料飛濺,從而使一些小的焊料顆粒最終附著在印刷電路板表面,形成焊料球缺陷。正因?yàn)槿绱?焊料球缺陷才會(huì)主要集中于通孔或者表面貼裝焊盤附近。需要指出的是,氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境可能會(huì)增加焊球缺陷。如前所述,氮?dú)獗Ｗo(hù)波峰焊設(shè)備在錫爐區(qū)域的氮?dú)饧兌群芨?其氧含量一般在500ppm左右,也就是說熔融焊料表面幾乎沒有氧化物存在。那么上述的“石子”效應(yīng)就會(huì)更為劇烈,激起更多的液態(tài)焊料顆粒飛濺,最終導(dǎo)致更多的錫珠缺陷。焊料球在一定程度上指的就是焊料吸附,焊料潤濕了路徑但是被鍍層抵制;也可能是波峰焊過程中隨

26、著助焊劑固化附著在PCB表面,有時(shí)也會(huì)沾附在PCB塑膠物表面,如防焊油墨或印刷油墨,因?yàn)檫@些油墨焊接時(shí)會(huì)有一段軟化過程容易沾釬料球。上板面焊球一般是指在波峰接觸時(shí)由于助焊劑的作用而放出氣體或是氣流擾動(dòng)焊料回流到錫爐造成焊料分散,濺射到焊盤上,在接頭區(qū)域形成焊料球。由于釬料本身內(nèi)聚力的因素,使這些釬料顆粒的外觀呈球狀。 成因:焊料球的產(chǎn)生與焊點(diǎn)的排氣過程緊密相連。焊點(diǎn)中的氣氛如果未及時(shí)逸出的話可能造成填充空洞現(xiàn)象,如果逸出速度太快的話就會(huì)帶出焊錫合金粘附到阻焊膜上產(chǎn)生焊料球,焊點(diǎn)表面已凝固而內(nèi)部還處于液態(tài)階段逸出的氣體可能產(chǎn)生針孔。(1 PCB板通孔附近含有過多的水分,如果孔壁金屬鍍層較薄或有空

27、隙,水汽通過孔壁溢出,如過孔內(nèi)有釬料,當(dāng)釬料凝固時(shí)水汽就會(huì)在釬料內(nèi)產(chǎn)生空隙(針眼,或擠出釬料在印制板正面產(chǎn)生釬料球;(2 阻焊膜未經(jīng)過良好的處理,阻焊膜的吸附是產(chǎn)生焊料球的一個(gè)必要條件;(3 助焊劑的配方中含水量過高及工廠環(huán)境濕度過高,或助焊劑使用量太大,汽化形成的氣泡溢出時(shí)帶走部分釬料產(chǎn)生焊球;(4 PCB預(yù)熱溫度不夠(預(yù)熱溫度標(biāo)準(zhǔn)為:酚醛線路板一般為80100,環(huán)氧線路板為100120,助焊劑未能有效揮發(fā),進(jìn)入波峰時(shí)多余的焊劑受高溫蒸發(fā),將釬料從釬料槽中濺出來;(5 波峰焊中液滴回落到波峰上濺起的錫粘附造阻焊膜上產(chǎn)生焊料球,使用氮?dú)獗Ｗo(hù)的時(shí)候更為明顯。(焊接面焊料球成因。防止措施:(1 合

28、理設(shè)計(jì)焊盤;(2 通孔銅層至少25m且無空隙,以避免板內(nèi)所含水汽的影響;(3 采用合適的助焊劑涂敷方式,減少助焊劑中混入的氣體量;發(fā)泡方式中,在調(diào)節(jié)助焊劑的空氣含量時(shí),應(yīng)保持盡可能產(chǎn)生最小的氣泡,泡沫與PCB接觸面相對(duì)減小;(4 適當(dāng)提高預(yù)熱溫度,使線路板頂面的溫度達(dá)到至少100,既可以消除釬料球,又可以避免線路板受到熱沖擊而變形(5 對(duì)板進(jìn)行焊前烘烤處理;(6 采用合適的阻焊膜,相對(duì)來說平整的阻焊膜表面更容易產(chǎn)生焊料球現(xiàn)象;(7 增加印刷電路板的表面粗糙度,從而減小錫珠與印刷電路板表面的接觸面積,也有利于錫珠回落到錫槽中去。助焊劑殘留(Flux Residues定義:超過75%的歐洲廠商正在

29、用免清洗低殘留助焊劑,助焊劑殘留主要與助焊劑成分和惡劣的工藝條件有關(guān)。使用免清洗工藝后,助焊劑殘留現(xiàn)象時(shí)而出現(xiàn),板面存在較多的助焊劑殘留的話,既影響了板面的光潔程度,又對(duì)PCB板本身的電氣性也有一定的影響。 成因:(1 助焊劑(錫膏選型錯(cuò)誤。比如要求采用免清洗助焊劑的場(chǎng)合卻采用松香樹脂型導(dǎo)致殘留較多;(2 助焊劑中松香樹脂含量過多或是品質(zhì)不好容易造成殘留過多;(3 清洗不夠或是清洗方法不當(dāng)不能有效清除表面殘留;(4 工藝參數(shù)不相匹配,助焊劑未能有效揮發(fā)掉;(5 預(yù)熱溫度設(shè)定不當(dāng),很多免清洗助焊劑需要合適的預(yù)熱溫度才能較徹底的消除;(6 波峰接觸時(shí)間不當(dāng)。防止措施:(1 正確選用助焊劑,參照助焊

30、劑生產(chǎn)商提供的參數(shù)進(jìn)行預(yù)熱;(2 采用嚴(yán)格的預(yù)熱工藝來減少殘留;(3 波峰焊中延長與波峰接觸時(shí)間可以減少助焊劑殘留;(4 增加前流向波的沖洗作用,可以減少助焊劑剩余;(5 采用惰性氣體軟釬焊可有效減少殘留(焊膏;(6 對(duì)需要清洗的板進(jìn)行恰當(dāng)?shù)那逑刺幚怼０咨珰埩舳x:過波峰或清洗后,有時(shí)候基板上會(huì)有白色殘留物;電路板制作過程中殘留雜質(zhì)或者采用不正確的固化工藝,在長期儲(chǔ)存下也會(huì)產(chǎn)生白斑。最常見的白色殘留物是殘留的松香,一般不會(huì)影響到表面絕緣電阻,但是很多電子產(chǎn)品制造商不能接受這種外觀?，F(xiàn)在市場(chǎng)上很多助焊劑已經(jīng)有意識(shí)的減少松香使用量,甚至完全不用。助焊劑通常是此問題主要原因,有時(shí)改用另一種助焊劑即可

31、改善。 成因:(1 助焊劑與電路板的防氧化保護(hù)層材料不兼容;(2 電路板制作過程中所使用的溶劑使基板材質(zhì)發(fā)生變化,尤其是在鍍鎳工藝中的溶液經(jīng)常會(huì)造成此問題,建議存儲(chǔ)時(shí)間越短越好;(3 助焊劑使用過久老化,暴露在空氣中吸收水氣劣化未能及時(shí)更換,一般來說發(fā)泡型助焊劑應(yīng)該每周更新,浸泡型助焊劑每半個(gè)月更新,噴霧型助焊劑每月更新; (4 清洗基板的溶劑水分含量過高,降低清洗能力并產(chǎn)生白斑,應(yīng)更換清洗劑。深色殘余物及白色殘余物定義:黑色殘余物通常黑色殘余物均發(fā)生在焊點(diǎn)的底部或頂端,此問題通常是不正確的使用助焊劑或清洗造成。成因:(1 松香型助焊劑焊接后未立即清洗,留下黑褐色殘留物,盡量提前清洗即可;(2

32、 酸性助焊劑留在焊點(diǎn)上造成黑色腐蝕顏色,且無法清洗,此現(xiàn)象在手焊中常發(fā)現(xiàn),改用較弱之助焊劑并盡快清洗;(3 有機(jī)類助焊劑在較高溫度下燒焦而產(chǎn)生黑班,確認(rèn)錫槽溫度,改用較可耐高溫的助焊劑即可定義:綠色殘留物綠色殘余物通常是腐蝕造成,特別是電子產(chǎn)品。但是并非完全如此,因?yàn)楹茈y分辨到底是綠銹或是其它化學(xué)產(chǎn)品,通常來說發(fā)現(xiàn)綠色物質(zhì)應(yīng)為警訊,必須立刻查明原因,尤其是此種綠色物質(zhì)會(huì)越來越大,應(yīng)非常注意,通常可用清洗來改善。綠色殘留物通常發(fā)生在裸銅面或含銅合金上,使用非松香性助焊劑,這種腐蝕物質(zhì)內(nèi)含銅離子,因此呈綠色。當(dāng)發(fā)現(xiàn)此綠色腐蝕物,即可證明是在使用非松香助焊劑后未正確清洗。綠色殘留物是氧化銅與 ABI

33、ETIC ACID (松香主要成分的化合物,此物質(zhì)是綠色但絕不是腐蝕物且具有高絕緣性,不影響品質(zhì)但客戶不會(huì)同意應(yīng)清洗。定義:白色腐蝕物零件腳及金屬上的白色腐蝕物,尤其是含鉛成分較多的金屬上較易生成此類殘余物,主要是因?yàn)槁入x子易與鉛形成氯化鉛,再與二氧化碳形成碳酸鉛(白色腐蝕物。在使用松香類助焊劑時(shí),因松香不溶于水會(huì)將含氯活性劑包著不致腐蝕,但如使用不當(dāng)溶劑,只能清洗松香無法去除含氯離子,如此一來反而加速腐蝕。焊錫網(wǎng)(Solder Webbing定義:焊錫網(wǎng)通常指板面與波峰相接觸位置出現(xiàn)的網(wǎng)狀殘留物,它可能造成短路等情況。 成因:焊錫網(wǎng)的形成與粘附到板上的氧化物或是釬料有關(guān)。(1 預(yù)熱溫度過低,

34、PCB與元件與波峰接觸時(shí)的低溫使濺出的釬料粘在PCB表面;(2 焊接溫度過高,助焊劑揮發(fā)過快,釬料氧化嚴(yán)重;(3 助焊劑涂敷量過低(同時(shí)還可能產(chǎn)生冰柱和橋連;(4 基板制作時(shí)選用阻焊膜或殘留某些與助焊劑不能兼容的物質(zhì),在過熱之后產(chǎn)生黏性黏著焊錫形成錫網(wǎng),可用丙酮、氯化烯類等溶劑來清洗。若清洗后還是無法改善,則有基板層材加工不正確的可能,及時(shí)回饋基板供貨商;(5 錫渣被卷入錫槽內(nèi)再噴流出來而造成基板面沾上錫渣,進(jìn)行良好的錫爐維護(hù)和錫槽正確的錫面高度(一般狀況不噴流時(shí)錫面離錫槽邊緣10mm高度 。防止措施:(1 調(diào)整工藝參數(shù),保證焊接過程中板面上有足夠的助焊劑從而能產(chǎn)生氣氛防止釬料過度氧化;(2

35、選用合適的阻焊膜,控制阻焊膜粗糙度;(3 氮?dú)馇闆r下會(huì)減少焊錫網(wǎng)的發(fā)生。錫瘟(Tin Pest定義:13或更低的溫度條件下Sn會(huì)發(fā)生同素異形轉(zhuǎn)變,由灰白色的-Sn(四角形晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨嘈缘姆勰?Sn(立方晶體結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換產(chǎn)物就稱為錫瘟。該轉(zhuǎn)變速度在-30的時(shí)候達(dá)到最大值。錫瘟?xí)斐珊附咏宇^的整個(gè)的瓦解。錫瘟首先出現(xiàn)在表面,然后逐漸擴(kuò)展到焊點(diǎn)內(nèi)部。航空以及軍事電子經(jīng)常在該轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)作業(yè),其長期可靠性受到了極大的挑戰(zhàn)。 防止措施:可以通過Sn的合金化來防止甚至是消除錫瘟,比如Sn與Bi、Sb的合金,或是與Sn 有良好互溶性的Pb。Bi、Sb可以在Sn只溶解0.5%或是更少,但是Pb的溶解

36、量至少要達(dá)到5%才能起到作用。傳統(tǒng)的SnPb共晶中Pb的含量在37%,所以以前并沒有發(fā)現(xiàn)錫瘟現(xiàn)象。錫須(Tin whisker定義:錫須是鍍層表面生長出來的細(xì)絲狀錫單晶。錫須可能造成短路危險(xiǎn),引發(fā)災(zāi)難性后果。無鉛環(huán)境中更容易出現(xiàn)錫須現(xiàn)象。錫須形成與生長的驅(qū)動(dòng)力為應(yīng)力梯度。也就是說,表面鍍層的某些晶粒受到周圍的正向應(yīng)力梯度場(chǎng)的作用(該晶粒承受壓應(yīng)力而導(dǎo)致晶須從該晶粒形成與生長。應(yīng)力梯度來自于金屬間化合物的形成,或者說是鍍層材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)不匹配,在承受載荷時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力。錫須的形成與生長和再結(jié)晶密不可分。也就是說,在內(nèi)部位錯(cuò)微應(yīng)力場(chǎng)和環(huán)境溫度的作用下,某些晶粒發(fā)生再結(jié)晶。而再結(jié)晶晶粒與

37、周圍晶粒在自由能方面的不匹配導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)向自由能最小方向演化,晶須的形成與生長就是這個(gè)最小化過程的自然產(chǎn)物。 成因:表面鍍層的某些晶粒受到周圍的正向應(yīng)力梯度場(chǎng)的作用(該晶粒承受壓應(yīng)力而導(dǎo)致晶須從該晶粒形成與生長。應(yīng)力梯度主要有兩個(gè)來源:(1金屬間化合物的形成時(shí)產(chǎn)生;(2鍍層材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)不匹配,在承受載荷時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力。錫須的形成與生長和再結(jié)晶密不可分。在內(nèi)部位錯(cuò)微應(yīng)力場(chǎng)和環(huán)境溫度的作用下,某些晶粒發(fā)生再結(jié)晶,而再結(jié)晶晶粒與周圍晶粒在自由能方面的不匹配導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)朝自由能最小方向演化,晶須的形成與生長就是這個(gè)最小化過程的自然產(chǎn)物。注:其中純Sn鍍層更容易出現(xiàn)錫須現(xiàn)象,而bright

38、 tin又比matte tin嚴(yán)重。Cu引線比42合金更容易產(chǎn)生錫須現(xiàn)象。防止措施:(1 鍍層進(jìn)行退火、熔化、回流等熱處理。最常用的是退火,后兩者在根本上是一致的,即將鍍層熔化再凝固。不同的是熔化是浸在溫度略高于鍍層材料熔點(diǎn)的油中; (2 采用Ni、Cu等中間鍍層,其主要作用:1提高表面鍍層的耐腐蝕能力;2作為基板材料與表面鍍層材料之間的擴(kuò)散阻擋層;3改變表面鍍層內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài); (3 鍍層進(jìn)行合金化處理,加入Pd、Ag、Bi、Ni、Cu、Fe、Zn等元素。冷焊(Cold Solder定義:冷焊一般指焊點(diǎn)存在不平整表面,沒有形成良好吃錫帶,嚴(yán)重時(shí)甚至在引腳周圍產(chǎn)生褶皺或裂紋,影響焊點(diǎn)的使用壽命,組裝板使用一段時(shí)間之后就會(huì)失效。 成因:(1 焊盤或引腳發(fā)生氧化現(xiàn)象,焊接性能不好;(2 傳送帶或?qū)к壍臋C(jī)械震動(dòng)導(dǎo)致焊點(diǎn)冷卻時(shí)受到外力影響而產(chǎn)生紊亂;(3 焊接溫度過低或傳送帶速度過快,使焊接時(shí)間過短,且熔融釬料的黏度過大,使焊點(diǎn)表面發(fā)皺。防止措施:(1 排除焊接時(shí)的震動(dòng)源;(2 焊前檢查引腳以及焊盤是否發(fā)生氧化現(xiàn)象,有的話則及時(shí)進(jìn)行去除氧化處理;(