元器件、PCB、焊料、助焊劑、工藝參數(shù)、其他輔助材料等都可能導(dǎo)致潤(rùn)濕不良，焊接的時(shí)間與溫度也可導(dǎo)致擴(kuò)散不良。那么它們是怎么影響焊接過(guò)程的?換句話說(shuō)，它們是如何導(dǎo)致焊點(diǎn)缺陷的呢?要做好焊點(diǎn)的分析，還需要先介紹焊點(diǎn)缺陷與原因之間的關(guān)系，以及這背后的機(jī)理。
對(duì)于元器件而言，只要它的可焊性不良，就極可能導(dǎo)致焊點(diǎn)虛焊或其他缺陷，除非助焊劑的活性足夠強(qiáng)可掩蓋這一缺陷， 否則這種不良就馬上顯現(xiàn)出來(lái)。但是我們也知道，如果助焊劑的活性過(guò)強(qiáng)，將會(huì)帶來(lái)對(duì)焊點(diǎn)的腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。那么導(dǎo)致元器件可焊性不良的原因又有哪些呢?首先，如果弓|線腳的表面有污染或氧化，焊料對(duì)它的潤(rùn)濕就難以進(jìn)行；還有，如果弓|線腳的可焊性鍍層的質(zhì)量不好，比如鍍層太薄或疏松多孔，疏松多孔的鍍層具有非常大的比表面積，很容易氧化，它本身也保護(hù)不了基材。另外，太薄的鍍層極容易在焊接的時(shí)候溶入焊料中，最后導(dǎo)致反潤(rùn)濕現(xiàn)象出現(xiàn)。不過(guò)，這種情況比起本身氧化比較容易區(qū)別。此外，如果是多引線腳的元器件，且某一腳的共面性不好，也將會(huì)導(dǎo)致虛焊的問(wèn)題，這種原因?qū)е碌娜毕菘梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量比較各引線腳與焊盤(pán)之間的距離來(lái)做出判斷。
如果是PCB不良導(dǎo)致的焊點(diǎn)缺陷，可能的原因與元器件的非常類似，因?yàn)镻CB焊盤(pán)與元器件的引線腳都是被焊面。對(duì)于PCB來(lái)說(shuō)，焊盤(pán)的共面性問(wèn)題就是焊接前后的翹曲度過(guò)大了。但是，與元器件腳的可焊性鍍層相比，PCB的可焊性鍍層(或表面處理)的種類就多了很多，比如有熱風(fēng)整平的(例如SnP、SnCu或SnCuAg合金)，有OSP( 有機(jī)可焊性保護(hù)層)的，還有化學(xué)鎳金(ENIG)的、浸銀的(ImAg)、浸錫的、電鍍鎳金的等，不一而足。因此，在分析焊盤(pán)質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的焊點(diǎn)失效時(shí)，要特別認(rèn)清每種表面處理的特點(diǎn)。這些表面處理的各自的特點(diǎn)以及與焊料的兼容性在后面都將會(huì)介紹。
隨著電子產(chǎn)品的小型化與無(wú)鉛化，同時(shí)由于ENIG突出的簡(jiǎn)單工藝以及成本控制方便，還有可焊性好和平整度好的特點(diǎn)，越來(lái)越多的產(chǎn)品使用ENIG表面處理的PCB。但是如果出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，它的危害卻是非常隱蔽，一般不易覺(jué)察，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)大多已經(jīng)遲了，已經(jīng)造成損失了。原因是，ENIG的工藝簡(jiǎn)單，一般是在銅焊盤(pán)上自催化化學(xué)鍍鎳，再利用新鮮鎳的活性，將鍍好鎳的焊盤(pán)浸入酸性的金水中，通過(guò)化學(xué)置換反應(yīng)將金從溶液中置換還原到焊盤(pán)表面而表面部分的鎳則溶入金水中，這樣只要置換上來(lái)的金將鎳層覆蓋，則反應(yīng)自動(dòng)停止，這時(shí)的鍍金層往往只有~0.05μ m厚，也就是說(shuō)ENIG的工藝比較容易控制且成本相對(duì)較低(與電鍍鎳金相比)。關(guān)鍵取決于藥水的配方和維護(hù)。這層表面薄薄的金層只能起著對(duì)鎳的保護(hù)作用，一旦保護(hù)不了鎳而導(dǎo)致鐵鎳腐蝕氧化了，此時(shí)表面還是金光閃閃的金子，則非常容易欺騙用戶。因?yàn)?，真正需要焊接形成金屬間化合物的是鎳而不是金，金子在焊接一開(kāi)始就溶解到焊料中去了，留下的鎳如果因?yàn)檠趸蚋g不能浸潤(rùn)，就必然導(dǎo)致虛焊假焊的結(jié)果。因此，加強(qiáng)ENIG表面處理的PCB的質(zhì)量檢查是非常必要的。此外PCB自身的互連也有質(zhì)量與可靠性問(wèn)題。如耐熱性不足導(dǎo)致焊接時(shí)爆板以及通孔斷裂等。
焊料質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的焊點(diǎn)不良主要是由于其合金組成與設(shè)計(jì)不符，以及雜質(zhì)含量過(guò)高，或不正確的使用導(dǎo)致焊料合金的氧化嚴(yán)重。合金的比例超差主要影響焊料的表面張力以及熔點(diǎn)，如果張力變大或熔點(diǎn)增高，必然會(huì)造成焊料的潤(rùn)濕性變差，形成的缺陷焊點(diǎn)就會(huì)增加，雜質(zhì)含量也會(huì)明顯影響焊料的性能。由于焊料合金中的組成以及雜質(zhì)含量對(duì)焊料的成本影響非常大，在原材料普遍漲價(jià)的今天，一些不良的焊料供應(yīng)商將會(huì)利用這個(gè)不容易覺(jué)察的指標(biāo)來(lái)蒙騙消費(fèi)者，特別是使用大功率的電烙鐵的焊錫絲，實(shí)際的化學(xué)成分與聲稱的經(jīng)常不符，需要用戶適當(dāng)提高警惕。
助焊劑因素對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量的影響，主要集中在它的殘留物的高腐蝕性、低的表面絕緣電阻以及低助焊能力等方面。助焊劑中的活性成分特別是其中的鹵素離子與酸性的離子，如果在焊接以后揮發(fā)不盡而殘留在焊點(diǎn)周?chē)谖鼭窈髮?huì)嚴(yán)重地腐蝕焊點(diǎn)，乃至整個(gè)線路板，可導(dǎo)致大面積的漏電現(xiàn)象。有些助焊劑含有過(guò)多的吸濕性物質(zhì)，焊后漏電的情況非常普遍。而另外一部分助焊劑由于擔(dān)心漏電，或?yàn)榱诉_(dá)到“免洗”的效果，僅添加很少活性物質(zhì)以致助焊能力下降，甚至起不到助焊劑的作用，這樣往往會(huì)造成大面積的焊接不良產(chǎn)生。助焊劑導(dǎo)致的焊接問(wèn)題有一個(gè)顯著特點(diǎn)，那就是問(wèn)題往往出在使用了這一批助焊劑的產(chǎn)品上，而不是某個(gè)樣板或某個(gè)焊點(diǎn)區(qū)域。
對(duì)于工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成的焊點(diǎn)不良，在前面幾期分享中有較多的論述。在正式的工藝生產(chǎn)之前，這些工藝造成的焊點(diǎn)缺陷般可以通過(guò)工藝優(yōu)化得到解決。而工藝優(yōu)化的許多依據(jù)也是來(lái)自于對(duì)焊點(diǎn)的切片分析或失效分析。一般來(lái)講， 焊接組裝工藝的核心是熱的管理問(wèn)題，特別是無(wú)鉛工藝的實(shí)施，什么時(shí)候該到什么溫度、板面溫差如何減小、最高的回流溫度是多少等都涉及熱的有效管理，而管理的依據(jù)則應(yīng)該參考焊點(diǎn)的表面特征以及焊點(diǎn)切片界面的金屬間化合物的特征。金屬間化合物過(guò)厚則說(shuō)明用熱過(guò)頭，金屬間化合物太薄則說(shuō)明熱不充分，這些都可以通過(guò)調(diào)整回流的時(shí)間與溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)；如果焊點(diǎn)表面啞光，則說(shuō)明或錫膏配方問(wèn)題，或焊接時(shí)間太長(zhǎng)或冷卻速度過(guò)慢等;如果通孔爬升不足，除了與元器件、PCB有關(guān)以外，更多地與工藝中的預(yù)熱不足有關(guān)，凡此種種，不勝枚舉，無(wú)論如何焊點(diǎn)缺陷的癥狀與工藝參數(shù)都會(huì)有相當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)。
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