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波峰焊常见不良

波峰焊中常见缺陷不润湿(Nonwetting)/润湿不良(Poor Wetting)通常润湿不良是指焊点焊锡合金没有很好的铺展开来,从而无法得到良好的焊点并直接影响到焊点的可靠性。

产生原因:1. 焊盘或引脚表面的镀层被氧化,氧化层的存在阻挡了焊锡与镀层之间的接触;2. 镀层厚度不够或是加工不良,很容易在组装过程中被破坏;3. 焊接温度不够。

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,需要更高的焊接温度来保证焊接质量;4. 预热温度偏低或是助焊剂活性不够,使得助焊剂未能有效去除焊盘以及引脚表面氧化膜;5. 还有就是镀层与焊锡之间的不匹配业有可能产生润湿不良现象;6. 钎料或助焊剂被污染。

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一层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. 氮气保护环境中各种焊锡的润湿行为都能得到明显改善;表面裂纹(Fillet Tearing)产生原因:1. 焊接过程中PCB板变形过大,凝固时回复原来位置时拉动钎料表面有所延长,容易造成表面裂纹现象;2. 焊点钎料凝固时一般存在4%的体积收缩,如果表面处于最后凝固位置的话就有可能产生表面凹坑或时裂纹现象;3. 无铅钎料中混入了Pb的话也可能产生表面裂纹。

Pb与无铅合金之间生成的低熔脆性相很容易成为裂纹起源,裂纹可以延晶界或是穿晶向焊点内部传递;4. 使用SAC钎料时表面裂纹现象比较明显。

焊接过程中元件固定不当也会产生表面裂纹。

注:不是说产生表面裂纹的焊点就是失效的焊点,根据IPC标准,只有深入到焊点内部并影响到焊点机械或电气性能的裂纹才被视为焊点缺陷。

防止措施:1. 采用合适的焊接工艺,适当提高预热温度,采取恰当的冷却方式,冷却方式选择可以很大程度上控制焊点的微观形态以及应力集中现象;2. 加强生产管理,避免材料受到污染;3. 考虑在SAC中加入少量Ni。

针孔(Blow Hole)产生原因:PCB板中吸收的水分在焊接过程中产生高压作用,其逸出途径主要是PCB板通孔。

材料间膨胀系数的不匹配会造成通孔铜层的破损,之后水汽很容易进入到钎料合金中。

焊点表面最先凝固,随后水汽在逸出过程中就会产生针孔现象。

使用廉价的基板以及差的钻孔方式的时候这种现象尤其明显。

注:1. 通孔焊接中铜层的破损是产生针孔的关键因素;2. 助焊剂不会被压缩成一团,一般还漂浮于钎料表面,所以助焊剂一般不会造成针孔现象。

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,如果还无法消除就要进行焊前气体释放处理,如有必要可以要求加工商增厚通孔铜层厚度到至少25μm。

焊旗(Solder Flag)引脚上粘附了钉状或是旗状钎料就是通常所说的焊旗。

产生原因:1. 钎料被大量氧化,PCB板脱离波峰时氧化渣粘附在引脚上。

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. 波形不平整造成部分引脚沾锡更多;3. 引脚焊接性差或是被氧化,难以产生润湿的同时沾锡也难以回落到波峰中从而产生焊旗现象。

注: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。

防止措施:1. 涂敷适量助焊剂。

在板脱离波峰的时候应确保板面上还有适量助焊剂能产生气氛防止钎料氧化;2. 应该尽量减短板的浸润时间,增加板离开波峰的速度,采用尽可能低的波峰温度。

有助于减少助焊剂消耗和钎料氧化;3. 减短引脚长度。

减少钎料粘附和助焊剂作用距离;4. 氮气环境也能减少焊旗现象。

焊点剥离(Fillet Lifting)产生原因:1. 常用的FR4在Z方向的膨胀系数远大于焊盘与钎料,在焊点凝固过程中板的收缩作用有可能造成焊点剥离现象;2. 钎料中含有Bi、In、Pb等元素时会形成低熔相,使得焊点凝固行为不一致,低熔相聚集在钎料与焊盘交界处会造成焊点剥离现象;3. 冷却速度过慢的话焊点中会产生成分偏析从而使得焊点出现应力集中现象,也可能产生剥离现象;4. 冷却过程中产生的应力作用也会对剥离现象的产生有一定的影响。

防止措施:1. 尽量选用膨胀系数相差不大的材料;2. 避免钎料的Pb污染,加强生产管理;3. 尽量采用快速冷却,使焊点中成分分布均匀,减少成分偏析和应力集中现象;4. 如无特殊要求尽量少的采用含Bi、In的钎料焊锡网(Solder Webbing)焊锡网通常指板面与波峰相接触位置出现的网状残留物。

产生原因:焊锡网的形成与粘附到板上的氧化物或是钎料有关。

1. 焊接温度过高,助焊剂挥发过快,钎料氧化严重;2. 助焊剂涂敷量过低(同时还可能产生冰柱和桥连);3. 选用阻焊膜不当。

防止措施:1. 调整工艺参数,保证焊接过程中板面上有足够的助焊剂从而能产生气氛防止钎料过度氧化;2. 选用合适的阻焊膜;3. 氮气情况下会减少焊锡网的发生。

桥连(Bridge)焊锡在毗邻的不同导线或元件之间形成的非正常连接就是通常所说的桥连现象。

产生原因: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. 板面或引脚上有残留物;3. 预热温度不够或是助焊剂活性不够;4. 钎料被污染,比如钎料发生Fe污染之后的污染物会造成桥连现象;5. PCB板浸入钎料太深造成板面沾锡太多;6. 焊接温度不够。

SnCu流动性较差,对温度更为敏感。

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,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°角,引脚间距小于0.8mm的IC建议不要采用波峰焊;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. 适当提高焊接预热温度,同时可以考虑在一定范围内提高焊接温度以提高钎料流动性;4. SnCu中可以添加微量Ni以提高钎料流动性。

返修:产生桥连现象的焊点可以用电烙铁进行返修处理。

不完全焊点(Incomplete Solder Joint)产生原因:1. 通孔孔径与元件引脚直径不匹配;2. 导轨传输角度过大;3. 焊接温度设置过高;4. 焊盘表面被氧化。

防止措施:根据实际情况判断造成不完全焊点的可能原因,并进行有针对性的改进措施。

锡球(Solder Ball)板上粘附的直径大于0.13mm或是距离导线0.13mm以内的球状锡颗粒都被统称为锡球。

锡球违反了最小电气间隙原理会影响到组装板的电气可靠性。

注:IPC规定600mm2内多于5个锡球则被视为缺陷。

产生原因:锡球的产生与焊点的排气过程紧密相连。

焊点中的气氛如果未及时逸出的话可能造成填充空洞现象,如果逸出速度太快的话就会带出焊锡合金粘附到阻焊膜上产生锡球,焊点表面已凝固而内部还处于液态阶段逸出的气体可能产生针孔。

1. 板材中含有过多的水分;2. 阻焊膜未经过良好的处理。

阻焊膜的吸附是产生锡球的一个必要条件;3. 助焊剂使用量太大;4. 预热温度不够,助焊剂未能有效挥发。

注:波峰焊中液滴回落到波峰上溅起的锡粘附造阻焊膜上同样会产生锡球现象,使用氮气保护的时候更为明显。

防止措施:1. 合理设计焊盘;2. 通孔铜层至少25μm以避免止板内所含水汽的影响;3. 采用合适的助焊剂涂敷方式,减少助焊剂中混入的气体量;4. 适当提高预热温度;5. 对板进行焊前烘烤处理;6. 采用合适的阻焊膜。

相对来说平整的阻焊膜表面更容易产生锡球现象。

助焊剂残留(Flux Residues)板面存在较多的助焊剂残留的话,既影响了板面的光洁程度,同时对PCB 板本身的电气性也有一定的影响。

产生原因: 1. 助焊剂(锡膏)选型错误。

比如要求采用免清洗助焊剂的场合却采用松香树脂型导致残留较多; 2. 助焊剂中松香树脂含量过多或是品质不好容易造成残留过多; 3. 清洗不够或是清洗方法不当不能有效清除表面残留; 4. 工艺参数不相匹配,助焊剂未能有效挥发掉。

防止措施: 1. 正确选用助焊剂; 2. 对需要清洗的板进行恰当的清洗处理; 3. 波峰焊中延长与波峰接触时间可以减少助焊剂残留。

锡瘟(Tin Pest )产生原因: 13℃或更低的温度条件下Sn 会发生同素异形转变,由灰白色的β-Sn(四角形晶体结构)转变为白色脆性的粉末状α-Sn(立方晶体结构),该转变速度在-30℃的时候达到最大值。

航空以及军事电子经常在该转变温度范围内作业,其长期可靠性受到了极大的挑战。

使用无铅钎料合金同样发现锡瘟现象的存在。

防止措施: 可以通过Sn 的合金化来防止甚至是消除锡瘟,比如Sn 与Bi 、Sb 的合金或是与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 的溶解量至少要达到5%才能起到作用。

传统的SnPb 共晶中Pb 的含量在37%,所以以前并没有发现锡瘟现象。

冷焊(Cold Solder)冷焊一般指焊点存在不平整表面,严重时甚至在引脚周围产生褶皱或裂纹,影响焊点的使用寿命,组装板使用一段时间之后就会失效。

产生原因:1. 在钎料还处于液态时,导轨的机械震动或是焊接温度过高造成了元件的移动;2. 焊盘或引脚发生氧化现象,焊接性能不好;3. 焊接时间过短。

防止措施:1. 排除焊接时的震动源;2. 焊前检查引脚以及焊盘是否发生氧化现象,有的话则及时进行去除氧化处理:3. 适当延长焊接时间。

元件破裂(Component Crack)产生原因:1. 组装之前产生破坏;2. 焊接过程中板材与元件之间的热不匹配性造成元件破裂;3. 贴片过程处置不当;4. 焊接温度过高;5. 元件没按要求进行储存,吸收过量的水汽在焊接过程中造成元件破裂;6. 冷却速率太大造成元件应力集中。

防止措施:1. 采用合适的工艺曲线;2. 按要求进行采购、储存;3. 选用满足要求的焊接贴片以及焊接设备。

球状焊点(Bulbous Joint)焊点呈现球状,润湿角非常大。

通常会覆盖焊盘以及引脚,如果焊锡接触到元件的话则被认为是不可接受的。

产生原因:任何影响液态焊锡流动性能的因素都有可能造成球状焊点的形成;1. 预热或是焊接温度过低;2. 钎料中含有污染物,比如Fe污染物能阻碍钎料的流动;3. 助焊剂活性不够或是活性没有被完全激发;4. 不恰当的导轨角度或是传输速率。

防止措施:1. 合理设置工艺参数以及导轨角度;2. 及时清理钎料中的污染物;注:最好是针对各种可能的原因一一进行验证并一次性解决好。

锡须(Tin whisker)锡须是镀层表面生长出来的细丝状锡单晶。

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