回流焊常見缺陷

1、回流焊常見缺陷2009年03月15日 星期日10:47不潤濕(Nonwetting ) /潤濕不良(Poor Wetting )通常潤濕不良是指焊點焊錫合金沒有很好的鋪展開來，從而無法得到良好的焊點并直接影響到焊點的可靠性。產(chǎn)生原因：1 .焊盤或引腳表面的鍍層被氧化，氧化層的存在阻擋了焊錫與鍍層之間的接觸；2 .鍍層厚度不夠或是加工不良，很容易在組裝過程中被破壞；3 .焊接溫度不夠。相對SnPb而言，常用無鉛焊錫合金的熔點升高且潤濕性大為下降，需要更高的焊接溫度來保證焊接質(zhì)量；4 .預熱溫度偏低或是助焊劑活性不夠，使得助焊劑未能有效去除焊盤以及引腳表面氧化膜；5 .還有就是鍍層與焊錫之間的不匹

2、配業(yè)有可能產(chǎn)生潤濕不良現(xiàn)象；6 .越來越多的采用0201以及01005元件之后，由于印刷的錫膏量少，在原有的溫度曲線下錫膏中的助焊劑快速的揮發(fā)掉從而影響了錫膏的潤濕性能；7 .釬料或助焊劑被污染。防止措施：1 .按要求儲存板材以及元器件，不使用已變質(zhì)的焊接材料；2 .選用鍍層質(zhì)量達到要求的板材。一般說來需要至少5科m厚的鍍層來保證材料 12個月內(nèi)不過期；3 .焊接前黃銅引腳應該首先鍍一層13d m的鍍層，否則黃銅中的Zn將會影響到焊接質(zhì)量；4 .合理設置工藝參數(shù)，適量提高預熱或是焊接溫度，保證足夠的焊接時間；5 .氮氣保護環(huán)境中各種焊錫的潤濕行為都能得到明顯改善；6 .焊接0201以及0100

3、5元件時調(diào)整原有的工藝參數(shù)，減緩預熱曲線爬伸斜率，錫膏印刷方面做出調(diào)整。圖像：黑焊盤(Black Pad)黑焊盤：指焊盤表面化饃浸金 (ENIG)鍍層形態(tài)良好，但金層下的饃層已變質(zhì)生成只要為饃的氧化物 的脆性黑色物質(zhì)，對焊點可靠性構(gòu)成很大威脅。產(chǎn)生原因：黑盤主要由Ni的氧化物組成，且黑盤面的P含量遠高于正常 Ni面，說明黑盤主要發(fā)生在槽 液使用一段時間之后。1 .化饃層在進行浸金過程中饃的氧化速度大于金的沉積速度，所以產(chǎn)生的饃的氧化物在未完全溶解之前就被金層覆蓋從而產(chǎn)生表面金層形態(tài)良好，實際饃層已發(fā)生變質(zhì)的現(xiàn)象；2 .沉積的金層原子之間比較疏松，金層下面的饃層得以有繼續(xù)氧化的機會。在Galva

4、nicEffect的作用下饃層會繼續(xù)劣化。防止措施：目前還沒有切實有效防止措施的相關(guān)報道，但可以從以下方面進行改善：1 .減少饃槽的壽命，生產(chǎn)中嚴格把關(guān)，控制P的含量在7%左右。饃槽使用壽命長了之后其中的P含量會增加，從而會加快饃的氧化速度；2 .饃層厚度至少為4m,這樣可以使得饃層相對平坦；金層厚度不要超過 0.1 m過多的金只會使焊點脆化；3 .焊前烘烤板對焊接質(zhì)量不會起太大促進作用。黑焊盤在焊接之前就已經(jīng)產(chǎn)生，烘烤過度反而會使鍍層惡化；4 .浸金溶液中加入還原劑，得到半置換半還原的復合金層，但成本會提高2.5倍。圖像：橋連(Bridge )焊錫在毗鄰的不同導線或元件之間形成的非正常連接就

5、是通常所說的橋連現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：1 .線路分布太密，引腳太近或不規(guī)律；2 .板面或引腳上有殘留物；3 .預熱溫度不夠或是助焊劑活性不夠；4 .錫膏印刷橋連或是偏移等。注：一定搭配的焊盤與引腳焊點在一定條件下能承載的釬料(錫膏)量是一定的，處理不當多余的部分都可能造成橋連現(xiàn)象。防止措施：1 .合理設計焊盤，避免過多采用密集布線；2 .適當提高焊接預熱溫度，同時可以考慮在一定范圍內(nèi)提高焊接溫度以提高焊錫合金流動性；3 .氮氣環(huán)境中橋連現(xiàn)象有所減少。返修：產(chǎn)生橋連現(xiàn)象的焊點可以用電烙鐵進行返修處理。圖像：不共面/脫焊(Noncoplanar )脫焊容易造成橋連、短路、對不準等現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：1 .元

6、件引腳扁平部分的尺寸不符合規(guī)定的尺寸；2 .元件引腳共面性差，平面度公差超過土 0.002英寸，扁平封裝器件的引線浮動;3 .當SMD被夾持時與別的器件發(fā)生碰撞而使引腳變形翹曲；4 .焊膏印刷量不足，貼片機貼裝時壓力太小，焊膏厚度與其上的尺寸不匹配。防止措施：1 .選用合格的元件；2 .避免操作過程中的損傷；3 .焊膏印刷均勻。圖像：墓碑(Tombstone)墓碑現(xiàn)象指元件一端脫離焊錫，直接造成組裝板的失效。產(chǎn)生原因：墓碑的產(chǎn)生與焊接過程中元件兩端受力不均勻有關(guān)，組裝密集化之后該現(xiàn)象更為突出。1 .錫膏印刷不均勻；2 .元件貼片不精確；3 .溫度不均勻；4 .基板材料的導熱系數(shù)不同以及熱容不同

7、；5 .氮氣情況下墓碑現(xiàn)象更為明顯；6 .元件與導軌平行排列時更容易出現(xiàn)墓碑現(xiàn)象。防止措施：1 .提高整個過程中的操作精度一印刷精度、貼片精度、溫度均勻性；2 .紙基、玻璃環(huán)氧樹脂基、陶瓷基，出現(xiàn)墓碑的概率依次減少；3 .對板面元件分布進行合理設計。圖像：助焊劑殘留(Flux Residues)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，同時對PCB板本身的電氣性也有一定的影響。產(chǎn)生原因：1 .助焊劑(錫膏)選型錯誤。比如要求采用免清洗助焊劑的場合卻采用松香樹脂型導致殘 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不能有效清除表面

8、殘留；4 .工藝參數(shù)不相匹配，助焊劑未能有效揮發(fā)掉。防止措施：1 .正確選用助焊劑；2 .對需要清洗的板進行恰當?shù)那逑刺幚怼?圖像：錫瘟(Tin Pest )產(chǎn)生原因：13c或更低的溫度條件下Sn會發(fā)生同素異形轉(zhuǎn)變，由灰白色的 3-Sn (四角形晶體結(jié)構(gòu))轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨嘈缘姆勰頰 -Sn (立方晶體結(jié)構(gòu))，該轉(zhuǎn)變速度在 -30C的時候達到最大值。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)。使用無鉛釬料合金同樣發(fā)現(xiàn)錫瘟現(xiàn)象的存在。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Pbo Bi、Sb可以在Sn只溶

9、解0.5 %或是更少，但是Pb的溶解量至少要達到 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。圖像：元件側(cè)貼(Billboard ) /元件反貼(Upside Down )電阻反貼不可接受，電容反貼雖不可接受，但不會造成太大影響。側(cè)貼元件還會影響到下一 步的組裝。產(chǎn)生原因：在元件編帶時就反裝，電阻反貼意味著元件相對下邊緣更少的絕緣長度(僅僅是剝離層和焊膏阻層)，貼裝前檢查喂料器就可以消除。返修：不足的焊膏使用專業(yè)的釬焊烙鐵可以移處。加一些助焊劑到焊點上，再放置一些斷續(xù)的纖維，把釬焊烙鐵尖放到釬焊合金的上表面進行加熱，直到焊膏合金溶化后進入纖維后抬起來

10、。一次不行可以多次。使用焊膏絲重新釬焊元件端部。如果必要的化使用異丙醇、棉花球、或軟抹布清洗，直到焊劑被去除。 圖像：錫球(Solder Ball )板上粘附的直徑大于 0.13mm或是距離導線0.13mm以內(nèi)的球狀錫顆粒都被統(tǒng)稱為錫球。錫球違反了最小電氣間隙原理會影響到組裝板的電氣可靠性。注：IPC規(guī)定600mm汕多于5個錫球則被視為缺陷。產(chǎn)生原因：錫球的產(chǎn)生與焊點的排氣過程緊密相連。焊點中的氣氛如果未及時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帶出焊錫合金粘附到阻焊膜上產(chǎn)生錫球，焊點表面已凝固而內(nèi)部還處于液態(tài)階段逸出的氣體可能產(chǎn)生針孔。1 .板材中含有過多的水分；2 .阻焊膜

11、未經(jīng)過良好的處理。阻焊膜的吸附是產(chǎn)生錫球的一個必要條件；3 .助焊劑使用量太大；4 .預熱溫度不夠，助焊劑未能有效揮發(fā)；5 .印刷中的粘附板上的錫膏顆粒容易造成錫球現(xiàn)象。防止措施：1 .合理設計焊盤；2 .通孔銅層至少25 dm以避免止板內(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；4 .適當提高預熱溫度；5 .對板進行焊前烘烤處理；6 .采用合適的阻焊膜。相對來說平整的阻焊膜表面更容易產(chǎn)生錫球現(xiàn)象。 圖像：芯吸（Wick）現(xiàn)象：焊料從焊點位置爬上引腳，而沒能實現(xiàn)引腳與焊盤之間的良好結(jié)合。產(chǎn)生原因：1 .元器件的引腳的比熱容小， 在相同的加熱條件下，引腳的升溫速率

12、大于 PCB焊盤的速率;2 .印刷電路板焊盤可焊性差；3 .過孔設計不合理，影響了焊點熱容的損失；4 .焊盤鍍層可焊性太差或過期；解決方法：；H #v K1 .使用較慢的加熱速率，降低PCB焊盤和引腳之間的溫差；2 .選用合適的焊盤鍍層；3 . PCB板過孔的設計不能影響到焊點的熱容損失。圖像：焊點空洞（Void）焊點內(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?shù)暮苋菀壮霈F(xiàn)填充空洞現(xiàn)象。少量的空洞的出現(xiàn)對焊點不會造成太大影響，但大量出現(xiàn)就會影響到焊點可靠性。產(chǎn)生原因：1 .錫膏中助焊劑比例偏大，難以在焊點凝固之前完全逸出；2 .預熱溫度偏低，助焊劑中的溶劑難以完全

13、揮發(fā)，停留在焊點內(nèi)部就會造成填充空洞現(xiàn)象；3 .焊接時間過短，氣體逸出的時間不夠的話同樣會產(chǎn)生填充空洞；4 .無鉛焊錫合金凝固時一般存在有4%的體積收縮，如果最后凝固區(qū)域位于焊點內(nèi)部的話同樣會產(chǎn)生空洞；5 .操作過程中沾染的有機物同樣會產(chǎn)生空洞現(xiàn)象；預防措施：1 .調(diào)整工藝參數(shù)，控制好預熱溫度以及焊接條件;2 .錫膏中助焊劑的比例適當；3 .避免操作過程中的污染情況發(fā)生。圖像：BG3洞(BGA Void)產(chǎn)生原因：1 .錫膏中助焊劑作用的結(jié)果；2 .表面張力作用的結(jié)果；3 .溫度曲線設置不當，BGA旱球由于位于元件下方，因此常常與其他區(qū)域存在有一定溫差, 需要合理設置溫度曲線；4 .板材中含有

14、的水分在焊接過程中進入到焊球當中；5 .如果有鉛元件搭配無鉛錫膏的話，錫鉛合金提前熔化并覆蓋住無鉛合金，使得無鉛合金 中的助焊劑難以逸出從而產(chǎn)生填充空洞。防止措施：1 .合理設置溫度曲線；2 .避免無鉛材料與有鉛材料的混用；3 .不使用過期板材。圖像：元件偏移(Component Excursion )一般說來，元件偏移量大于可焊端寬度的50%被認為是不可接受的，通常要求偏移量小于25%。產(chǎn)生原因：1 .貼片機精度不夠；2 .元件的尺寸容差不符合；3 .焊膏粘性不足或元件貼裝時壓力不足，傳輸過程中的振動引起SMD移動；4 .助焊劑含量太高，再流焊時助焊劑沸騰，SMD在液態(tài)釬劑上移動；5 .焊膏

15、塌邊引起偏移；6 .錫膏超過使用期限，助焊劑變質(zhì)所致；7 .如元件旋轉(zhuǎn)，則由程序旋轉(zhuǎn)角度錯誤；9 .如果同樣程度的元件錯位在每塊板上都發(fā)現(xiàn)，那程序需要被修改，如果在每塊板上的錯位不同，那么很可能是板的加工問題或位置錯誤；10 .元件移動或是貼片錯位對于 MELF元件很普通，由于他們的造型特殊，末端提起，元件 脫離PCB表面，脫離黏合劑。由于不同的廠商，末端的不斷變化使之成為一個變化的問題；11 .風量過大。防止措施：1 .校準定位坐標，注意元件貼裝的準確性；2 .使用粘度大的焊膏，增加元件貼裝壓力，增大粘結(jié)力；3 .選用合適的錫膏，防止焊膏塌陷的出現(xiàn)以及具有合適的助焊劑含量；4 .調(diào)整馬達轉(zhuǎn)速

16、。圖像：元件破裂(Component Crack )產(chǎn)生原因：1 .組裝之前產(chǎn)生破壞；2 .焊接過程中板材與元件之間的熱不匹配性造成元件破裂；3 .貼片過程處置不當；4 .焊接溫度過高；5 .元件沒按要求進行儲存，吸收過量的水汽在焊接過程中造成元件破裂;6 .冷卻速率太大造成元件應力集中。防止措施：1 .采用合適的工藝曲線；2 .按要求進行采購、儲存；3 .選用滿足要求的焊接貼片以及焊接設備。 圖像：焊點裂紋(Joint Crack )焊點裂紋不同于表面裂紋，焊點裂紋的存在會破壞元件與焊盤之間的有效聯(lián)系，嚴重影響電路板的可靠性。產(chǎn)生原因：1 .操作不當，對焊點造成的機械損傷；2 .焊錫合金受到

17、Pb等元素的污染，使得焊點出現(xiàn)非常不明顯的非同步凝固，產(chǎn)生了低熔點脆性相以及應力集中現(xiàn)象，這些相很容易成為裂紋擴展的起源并進而擴展；3 .沒有采取足夠快的冷卻速度，焊盤與焊錫或引腳與焊錫之間產(chǎn)生了過厚的不平整的鋸齒狀脆性金屬間化合物；4 .焊錫與鍍層之間的不匹配等造成焊錫潤濕不良的各種因素最終都有可能導致焊點裂紋的產(chǎn)生；5 .最常見的就是在進行潤循環(huán)或是拉伸試驗等測試之后焊點出現(xiàn)的裂紋。防止措施：1 .減少焊接以及傳輸過程中的機械震動；2 .嚴格按照規(guī)范操作，避免組裝過程受到其他元素的污染，確保整個過程符合無鉛化的要求；3 .采用合適的冷卻速度，以獲得平整以及厚度適中的金屬間化合物；4 .采取措施使得焊錫良好的鋪展開來。圖像：錫須(Tin whisker )錫須是鍍層表面生長出來的細絲狀錫單晶。錫須可能造成短路危險，引發(fā)災難性后果。無鉛環(huán)境中更容易出現(xiàn)錫須現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：表面鍍層的某些晶粒受到周圍的正向應力梯度場的作用(該晶粒承受壓應力) 而導致晶須從該晶粒形成與生長。應力梯度主要有兩個來源：1 .金屬間化合物的形成時產(chǎn)生；2 .鍍層材