無(wú)鉛焊接缺陷的分類及成因

1、無(wú)鉛焊接缺陷的分類及成因      轉(zhuǎn)到使用無(wú)鉛焊接，對(duì)大部分電路板組裝影響甚小。大部分無(wú)鉛應(yīng)用實(shí)施會(huì)帶來(lái)除物料及物流以外少許的變化，因?yàn)槎鄶?shù)應(yīng)用中，在找到最優(yōu)化的工藝設(shè)定后，無(wú)鉛焊接能達(dá)到變化前一樣或更好的質(zhì)量。 但是在變化多樣的電子裝配中也有例外，對(duì)某些裝配有利的方面則會(huì)對(duì)另一些帶來(lái)不利。不同的熔點(diǎn)，另外的金屬間化合物，不匹配的膨脹率以及其他物理特性等會(huì)使新老問(wèn)題加劇并很快顯露出來(lái)。     外觀問(wèn)題還是缺陷？     無(wú)鉛焊接中首先注意到的是外觀灰白并粗糙，非常不同于很久以來(lái)錫鉛

2、（尤其是Sn/Pb/Ag）焊點(diǎn)光滑亮澤的特點(diǎn)。     最近的IPC-A-610-D為質(zhì)量工程師提供了定義缺陷及可接受的標(biāo)準(zhǔn)。如典型的焊接問(wèn)題：焊點(diǎn)裂紋，脫離焊盤，焊盤翹起，表面皺縮，空洞。  已知的焊接缺陷可以根據(jù)以下主題進(jìn)行分類： 線路板材料和高溫 元器件的損壞，錫鉛和無(wú)鉛的混用 助焊劑活性和高溫 無(wú)鉛合金的特點(diǎn) 焊錫污染 過(guò)熱及其他回流缺陷 線路板材料和高溫     很多潛在的焊接缺陷源于過(guò)高的焊接溫度?；闹g以及基材和銅之間的分層，線路板變形是由于低質(zhì)量線路板和高溫效果共同造成的典型缺陷。 &#

3、160;  在對(duì)BGA芯片進(jìn)行回流焊時(shí)，控制冷卻速度非常重要。冷卻太快會(huì)形成好的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，但會(huì)加劇BGA載板和材料的變形。為了減少BGA和線路板材料的變形，最好是使用可控制的慢速冷卻。 高溫所帶來(lái)的另一方面的影響是會(huì)形成吹氣孔。PCB板在焊接過(guò)程中會(huì)散發(fā)氣體，這些氣體源于吸收的水分，電鍍層包含的有機(jī)物，或者是層亞板中包含的有機(jī)物等等。     線路板無(wú)鉛鍍層的使用也產(chǎn)生了許多問(wèn)題。這些問(wèn)題包括黑盤現(xiàn)象，多孔金層，有機(jī)焊料保護(hù)層（OSP）或化學(xué)銀保護(hù)層的氧化，以及化學(xué)銀鍍層缺乏光澤。 元件問(wèn)題     與元件相關(guān)的缺陷分為兩種

4、：一. 與元件鍍層相關(guān)的缺陷。首要是錫須問(wèn)題，另外有鉛污染以及含鉍鍍層會(huì)導(dǎo)致焊接中低熔點(diǎn)部分而產(chǎn)生縮孔，波峰焊接時(shí)的二次回流，增加焊盤脫離的風(fēng)險(xiǎn)；二. 低質(zhì)量原材料導(dǎo)致的缺陷。這包括濕氣的吸收，塑料的熔化或變形，無(wú)鉛焊接的高溫引起基材分層。    最好使用符合RoHS的元件而不僅僅是無(wú)鉛元件。符合RoHS意味著耐高溫而且只有這種材料不違反正在實(shí)施的歐洲RoHS法規(guī)。 助焊劑活性      助焊劑在焊接過(guò)程中扮演者主要角色，很多缺陷歸因于助焊劑缺乏活性?；钚詮?qiáng)的助焊劑能去除氧化防止橋接。焊錫上有氮?dú)飧采w可以去處氧化，提高潤(rùn)濕特

5、性，從而增強(qiáng)化學(xué)錫性能。如果有足夠的助焊劑活性或氮?dú)猸h(huán)境，就不會(huì)出現(xiàn)如拉尖或冰柱的缺陷。 助焊劑應(yīng)能適應(yīng)焊接過(guò)程中的高預(yù)熱溫度，熱空氣對(duì)流，高焊料溫度，雙波峰，還有線路板鍍層及阻焊層。 高焊接溫度     所有在波峰焊接中直接和液態(tài)焊料相鄰的部分，由于液態(tài)焊料傳給焊點(diǎn)的熱能，其溫度都會(huì)升高并膨脹。各種材料的熱膨脹系數(shù)不同，并且在無(wú)鉛焊接的高溫中膨脹程度更高。環(huán)氧玻璃材料線路板的熱膨脹隨溫度而變化，這種膨脹在Z軸尤其突出。由于鍍銅過(guò)孔和PCB基材不同的熱膨脹率焊錫連接會(huì)出現(xiàn)變形，這種變形主要集中在焊盤區(qū)域，焊接中出現(xiàn)楔形。這種變形是一種動(dòng)態(tài)過(guò)程，它使焊盤在焊接過(guò)程中

6、上下移動(dòng)，移動(dòng)又導(dǎo)致焊點(diǎn)裂縫的產(chǎn)生。IPC-A-610-D定義了縮孔的接受程度： 圖1 焊接裂縫：根據(jù)IPC-A-610-D, 沒(méi)有接觸焊盤，金屬過(guò)孔或元件引腳的裂紋是可以接受的。 裂紋底部可視（圖1） 裂紋或縮孔沒(méi)有接觸焊盤，金屬過(guò)孔或元件引腳     焊盤和焊角翹離的成因有著相同的機(jī)理，即材料熱膨脹性的不匹配。詳情請(qǐng)參照2005年4月EPP雜志維多利紹德公司G.Schouten撰寫的“The physics of critical failure mechanisms” .PCB與焊錫接觸時(shí)間更長(zhǎng)，穿孔的填孔效果也會(huì)更好，更高的焊接溫度有益于焊點(diǎn)潤(rùn)濕。當(dāng)同時(shí)具

7、備接觸時(shí)間長(zhǎng)和焊接溫度高時(shí)就會(huì)有導(dǎo)致以下幾種缺陷的危險(xiǎn)：    吹氣孔銅溶出     焊盤的銅溶解于焊料中。如果銅層太薄，非常長(zhǎng)的接觸時(shí)間會(huì)使銅完全溶解。 二次回流      如果波峰焊接過(guò)程中溫度超出焊錫膏的熔點(diǎn)SMD元件會(huì)被再次熔化。焊錫可能會(huì)被吸走使得元件引腳脫離焊盤，有時(shí)引腳和焊盤之間會(huì)保留少許連接并能通過(guò)電流，要發(fā)現(xiàn)這種缺陷就更加困難。在易發(fā)生的元件上放置散熱器可以防止二次回流。 焊料上吸(燈芯效應(yīng))     焊錫從焊接處向上流走，造成焊點(diǎn)焊錫不足。圖2

8、焊料上吸。焊錫在彎腳處而沒(méi)有接觸元件體是可以接受的。 元件損壞     有些元件（如MELF）在錫波的熔錫中停留過(guò)久就可能碎裂。另外一種情況，元件的點(diǎn)膠承受不住高溫而掉入焊錫中。 圖3 因?yàn)檫^(guò)熱造成的損壞的MELF。焊錫污染     有些金屬會(huì)溶解于無(wú)鉛焊料中。焊料的溫度流速和合金成份確定了這種溶解的速度。因而要求持續(xù)監(jiān)測(cè)焊料成分。    鉛，鉍，銅及其他金屬對(duì)焊料的污染會(huì)影響固化過(guò)程，錫鉛鉍合金會(huì)在焊料間形成低熔點(diǎn)部分，在加上作用于焊點(diǎn)的機(jī)械應(yīng)力，就會(huì)造成焊接裂縫。 

9、60;  如果錫槽的構(gòu)成材料沒(méi)有沒(méi)有足夠的防護(hù)層，材料（不銹鋼）中的鐵會(huì)溶解于焊錫中形成FeSn2晶體。這種晶體的熔點(diǎn)高達(dá)510，因而會(huì)保留在焊錫中。由于在錫槽角落的錫流較慢，晶體通常集中在在角落處。但是如果晶體與焊錫一起被泵出，晶體可能會(huì)留在焊點(diǎn)處引起橋接。 回流焊接相關(guān)的缺陷     無(wú)鉛焊接使回流工藝窗變小。為了使焊錫完全熔化并且不損壞別的部件，一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)是達(dá)到并保持最小的DT（在組件上最冷和最熱點(diǎn)的溫度差）。事實(shí)上很多回流焊接的缺陷都和印刷及焊錫膏特性有關(guān)。無(wú)鉛焊接中的缺陷和曾經(jīng)發(fā)生于SnPb工藝中的相似。 元件一端立起     這種命名形象的現(xiàn)象發(fā)生在片狀元件翻起并立于焊接端。一些研究