波峰焊工艺-1

波峰焊工艺中常见缺陷产生原因及防止措施目录序号缺陷名称页码1假焊/虚焊32桥连43填充不良54不润湿/润湿不良65针孔76气孔/焊点空洞87冰柱98焊旗109表面裂纹1110焊点剥离1211不完全焊点1312焊料球1413助焊剂残留1614白色残留1715深色残余物及白色残余物1816焊锡网1917锡瘟2018锡须2119冷焊2220元件破裂2321球状焊点2422其它缺陷25日东电子科技（深圳）有限公司SMA焊点分析测试中心1前言当问题发生时，首先必须检查的是制造过程的“基本条件”，一般可将它归类为以下三大因素：（1）材料问题这些包括焊锡的化学材料，如助焊剂、油、锡、清洁材料，还有PCB的包覆材料，如防氧化树脂、暂时活永久性的防焊油墨及印刷油墨等。（2）焊锡润湿性差这涉及所有的焊锡表面，像元件（包括THT及SMT元件）、PCB及电镀通孔都必须被列入考虑。（3）生产设备偏差这包括机器设备和维修的偏差以及外来的因素、温度、输送带速和角度、还有浸锡的深度等等，都是和机器有直接相关的参数。除此之外，通风、气压降低和电压的变化等等外来因素也都必须被列入分析的范围之内。2假焊/虚焊定义：虚焊与假焊都是指焊件表面没有充分上锡，焊件之间没有被锡固定住，主要是由于焊件表面没有清除干净或焊剂用得太少所引起的。假焊是指表面上看焊住了，但实际上并没有焊上，有时用手一拔引线就可以从焊点中拔出。虚焊是焊点处只有少量的锡焊住，造成接触不良，时通时断。成因：（1）元件焊端、引脚、印制板焊盘氧化或污染，或印制板受潮；（2）片式元件端头金属电极附着力差或采用单层电极，在焊接温度下产生脱帽现象；（3）PCB设计不合理，波峰焊时阴影效应造成漏焊；（4）PCB翘曲使其与波峰接触不良；（5）传送带两侧不平行，使PCB与波峰接触不平行；（6）波峰不平滑，波峰两侧高度不平行，尤其电磁泵波峰焊机的锡波喷口如果被氧化物堵塞时，会使波峰出现锯齿形，容易造成漏焊、虚焊；（7）助焊剂活性差，造成润湿不良；（8）PCB预热温度太高，使助焊剂碳化失去活性，造成润湿不良。防止措施：（1）元件先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期；（2）对印制板进行清洗和去潮处理；（3）采用三层端头结构，能经受两次以上260℃波峰焊温度冲击；（4）控制PCB翘曲度小于0.75%（IPC标准）；PCB板翘曲度小于0.8～1.0％（经验）；（5）设置恰当的预热温度。3桥连（Bridge）定义：桥连即相邻的两个焊点连接在一起，具体来说就是焊锡在毗邻的不同导线或元件之间形成非正常连接现象，随着元件引脚间距的变小及PCB线路密度的提高，这种缺陷出现的几率逐渐增加。在波峰焊中，桥连经常产生于SMD元件朝向不正确的方向、不正确的焊盘设计，元件之间的距离不足够远也会产生桥连。（注：桥接不一定短路，而短路一定桥接）成因：（1）PCB板焊接面没有考虑钎料流的排放，线路分布太密，引脚太近或不规律；（2）PCB焊盘太大或元件引脚过长（一般为0.8～3mm），焊接时造成沾锡过多；（3）PCB板浸入钎料太深，焊接时造成板面沾锡太多；（4）PCB板面或元件引脚上有残留物；（5）PCB板面插装元件引脚不规则或插装歪斜，焊接前引脚之间已经接近或已经接触；（6）焊材可焊性不良或预热温度不够或是助焊剂活性不够；（7）焊接温度过低或传送带速度过快，焊点热量吸收不足。在SnCu钎料中，由于流动性较差，对温度更为敏感，这种现象非常明显；（8）钎料被污染，比如Fe污染形成的污染物或钎料的氧化物会造成桥连现象。注：一定搭配的焊盘与引脚焊点在一定条件下能承载的钎料（锡膏）量是一定的，如果处理不当，多余的部分都可能造成桥连现象。防止措施：（1）QFP和PLCC与波峰成45°，钎料流排放必须放置特殊设计在引脚角上；（2）SOIC元件与波峰之间应该成90°，最后离开波峰的两个焊盘应该稍微加宽以承载多余钎料；（3）引脚间距小于0.8mm的IC建议不要采用波峰焊（最小为0.65mm）；（4）适当提高预热温度，同时考虑在一定范围内提高焊接温度（250ºC→260～270ºC）以提高钎料流动性，但注意高温对电路板造成损伤及对焊接设备造成的腐蚀；（5）SnCu中可以添加微量Ni以提高钎料流动性；（6）采用活性更高的助焊剂；（7）减短引脚长度（推荐为1.5mm，并成外分开15°），减小焊盘面积。返修：桥连可用一种特殊的电烙铁来返修处理。先增加一点助焊剂到桥连的地方，加热钎料合金并且沿着引脚移走电烙铁，一直到焊角顶端提起，带走多余的钎料。通过移走焊盘之间大量钎料来截断纤维。如果必要的话，用等丙烷、棉花球或刷子、麻布清洗返修点，直到所有助焊剂移走。检查焊点是否增加助焊剂可重新钎焊。4填充不良（PoorHoleFill）定义：一般来说，由于钎料具有毛细管爬升性能，波峰达到板厚的2/3左右而无需完全漫过板面就能形成良好的焊点。但遇到某些特殊情况时就可能产生填充不良现象，影响焊点可靠性。助焊剂涂敷方式由发泡型改为喷雾型时这种缺陷特别常见，免清洗助焊剂减少了助焊剂的使用量也增加了这种缺陷，主要原因是焊剂不能很好的涂敷到引脚及孔内部，由于存在压顶和隆起效应，很难通过毛细作用把钎料送到通孔的顶端。成因：（1）PCB通孔镀层或元件引脚表面被污染，造成可焊性差，焊接过程中焊锡的爬升困难；（2）预热温度过低或是助焊剂活性差或是助焊剂涂敷不均匀，对通孔内壁的作用不够，直接影响钎料在其表面的润湿行为；（3）波峰高度不够或是导轨倾角太大；（4）PCB与波峰接触时间不够；（5）（6）通孔孔径与引脚直径之间不匹配，直接影响钎料的爬升性能。防止措施：（1）采用足够活性的助焊剂及喷涂量是避免填充不良的主要措施；（2）按要求选用PCB及元件，保护好材料表面镀层，否则改善PCB供应商；（3）提高预热温度（必要时加装顶部预热器）；（4）调整波峰高度或放慢传输速度，增加浸锡时间；（5）通孔的孔径比引脚直径大0.15-0.4mm（细引脚取下限，粗引脚取上限）。5不润湿（Nonwetting）/润湿不良（PoorWetting）定义：不润湿或润湿不良是指焊锡合金不能在焊盘上很好的铺展开，从而无法得到良好焊点，直接影响到焊点的可靠性。不润湿润湿不良成因：（1）PCB焊盘或引脚表面的镀层被严重氧化而不能被助焊剂完全清除，氧化层将熔融钎料与镀层隔开，钎料无法在氧化层上润湿铺展（注：PCB和元件存储时间长或者存储条件不符合标准都可能造成这种情况）；（2）镀层厚度太薄或是加工不良，很容易在组装过程中被破坏；（3）PCB焊盘或元件引脚被污染；（4）钎料或助焊剂被污染；（5）镀层与焊锡之间的不匹配很有可能产生润湿不良现象；（6）焊接温度不够，波峰接触时间短。相对SnPb而言，常用无铅焊锡合金的熔点升高且润湿性大为下降，焊接温度较低时其润湿性很弱；（7）预热温度偏低或助焊剂活性不够，使得助焊剂未能有效去除焊盘及引脚表面氧化膜；（8）助焊剂喷涂量不足或喷涂不均匀。防止措施：（1）按要求储存板材以及元器件，不使用已变质的焊接材料；（2）选用镀层质量达到要求的板材。一般说来需要至少5μm厚的镀层来保证材料12个月内不过期；（3）焊接前黄铜引脚应该首先镀1～3μm的镀层，否则黄铜中的Zn将会影响到焊接质量；（4）合理设置工艺参数，适量提高预热或是焊接温度，保证足够的焊接时间；（5）氮气保护可以改善各种焊锡的润湿行为。6针孔（BlowHole）定义：针孔即焊点上的小孔，通常出现在焊点上通孔附近的位置。气体来源：PCB内部吸潮气，特别是采用较廉价的基板材质或者使用较粗糙的钻孔方式，焊盘通孔处在储存过程中就更加容易吸潮；PCB或者元件引脚在插件工序或存储过程中沾染了外部有机物，而这些有机物在经历高温焊接时就会释放出气体；PCB或者元件引脚制造过程中通常存在电镀工序，有时为了达到光亮效果会在电镀时使用过量光亮剂，而这些光亮剂经常与金属同时沉积在镀层表面，在经历高温焊接时就会挥发释放出气体。产生过程：其一：在高温焊接过程中，由于以上原因形成的蒸气会产生高压作用，其逸出途径主要是PCB板通孔；其二：材料间膨胀系数的不匹配会造成通孔铜层的破损。焊接过程中产生的气体很容易通过破损的铜层进入到钎料合金中。焊点表面最先凝固，随后气体在逸出过程中就会产生针孔现象。防止措施：（1）选用合适的PCB板；（2）对板材进行良好的储存；（3）焊前对板材进行烘烤处理，一般为120°C条件下烘干2小时左右，如果无效则要作印刷电路板的气体泄露试验；（4）要求加工商保证通孔铜层厚度至少25μm；（5）通过溶剂清洗PCB或引脚表面污染物。7气孔/焊点空洞（Void）定义：气孔和针孔在成因上有很大区别，不能视为由同一原因在不同程度下造成的两种状态。焊点内部填充空洞的出现与助焊剂的蒸发不完全有关。焊接过程中助焊剂使用量控制不当的很容易出现填充空洞现象。助焊剂的涂覆量过大，过多的助焊剂溶剂在经过波峰时由于焊接温度的升高，使这些溶剂产生气化形成蒸汽，混入液态无铅焊料中，在PCB离开波峰时由于焊点的尺寸较小，凝固速度较快一些来不及逸出焊点的蒸汽，在焊点内部形成内部气孔，严重影响接头的可靠性。少量的空洞的出现对焊点不会造成太大影响，但大量出现就会影响到焊点可靠性。成因：（1）PCB、元件引脚等焊材表面氧化、污染或PCB吸潮后焊接时产生气体形成空洞；（2）操作过程中沾染的有机物在焊接高温下产生气体形成空洞；（3）钎料表面氧化物，残渣，污染严重；（4）焊接过程中涂敷了过量的助焊剂（或是锡膏中助焊剂比例偏大），难以在焊点凝固之前完全逸出；（5）预热温度偏低，助焊剂中的溶剂难以完全挥发，停留在焊点内部就会造成填充空洞现象；（6）焊接时间过短，气体逸出的时间不够的话同样会产生填充空洞；（7）波峰高度过低，不利于排气；（8）波峰焊通孔孔径与元件引脚之间搭配不当会影响助焊剂的逸出行为；（9）无铅焊锡合金凝固时一般存在有4％的体积收缩，如果最后凝固区域位于焊点内部的话同样会产生空洞。防止措施：（1）PCB、元件等焊材先到先用，不要存放在潮湿环境中，不要超过规定的使用日期，对印制板进行清洗和去潮处理；（2）每天结束工作后应清理残渣；（3）采用合适的助焊剂涂敷方式，以获得均匀的涂敷量。助焊剂不是涂敷得越多越好；（4）调整工艺参数，控制好预热温度以及焊接条件；（5）避免操作过程中的污染情况发生；（6）波峰高度一般控制在印制板厚度的2/3处；（7）合理搭配板材与元件。8冰柱（Icycling）定义：组装板上形成的不正常的圆锥状或钉状的焊点就是通常所说的冰柱（拉尖）。冰柱影响到电气最小间隙原则时是不可接受的，通常说来冰柱长度应该小于0.2mm。成因：在钎料脱离板面回落到波峰上的过程中，能造成钎料快速凝固的因素都可能促进冰柱产生。（1）基板或引脚的可焊性差；（2）助焊剂活性不够或喷涂量不足，造成钎料在焊盘或是引脚表面润湿不良；（3）大体积元件在预热段吸热不足或焊接温度过低；（4）浸锡时间过长导致焊点分离时助焊剂不足；（5）波峰向后流量不当，速度过快；（6）出波峰后之冷却风流角度不对，朝锡槽方向吹会造成锡点急速，多余焊锡无法受重力与内聚力拉回锡槽；（7）引脚接触到钎料当中的氧化渣；（8）通孔孔径与引脚直径之间比例不当或元件脚过长。防止措施：主要从提高钎料的润湿行为方面着手。（1）更换强活性助焊剂或调整喷雾流量；（2）适当提高预热（或加装顶部预热器）以及焊接温度，使多余的锡流到锡槽来改善；（3）调整后喷嘴宽度或输送速度；（4）调节后挡板高度，控制波峰向后流量；（5）及时清理钎料表面氧化渣；（6）按要求匹配PCB板与元器件或对元件预加工。9焊旗(SolderFlag)定义：引脚上粘附了钉状或旗状钎料即通常所说的焊旗，焊旗对焊点质量不会构成太大威胁，但还是会间接造成桥连等现象，应尽量避免。成因：（1）钎料被大量氧化，PCB板脱离波峰时氧化渣粘附在引脚上。这种情况下焊旗方向大多与引脚方向一致，也有部分与引脚成一定夹角；（2）不连续的助焊剂涂敷或助焊剂活性差（这种情况在焊点表面还应看见锡网现象）；（3