介紹：

選擇性波峰焊缺陷及預防，當前影響焊接工藝的主要問題在于有鉛向無鉛焊接轉換和微型化趨勢。微型焊接指的是一個印刷電路板上有更多的SMD元件。加工(gong)焊(han)(han)點(dian)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)技術包(bao)(bao)括更多的(de)(de)回流應用。組(zu)裝(zhuang)的(de)(de)通孔元件應當被(bei)自動(dong)焊(han)(han)接(jie)才能保證(zheng)最佳質量。元件和電(dian)子(zi)板(ban)的(de)(de)連接(jie)方(fang)(fang)式取決于焊(han)(han)點(dian)的(de)(de)數量，但(dan)對大多數產品來說，選擇性焊(han)(han)接(jie)是(shi)替代(dai)托盤方(fang)(fang)式波峰焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)或(huo)手(shou)動(dong)焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)最佳方(fang)(fang)式。焊(han)(han)接(jie)技術如今已相當純熟(shu)，但(dan)仍具有典型缺陷(xian)。只(zhi)能本(ben)地提供的(de)(de)無(wu)鉛焊(han)(han)料熔點(dian)高，需要較(jiao)高的(de)(de)操作溫度，這就增加了某些特(te)定(ding)缺陷(xian)發生的(de)(de)風險(xian)，包(bao)(bao)括以下各項(xiang)：

1、焊點剝離

2、拖尾

3、錫橋

4、錫球

5、銅墊溶解             

高溫給(gei)助焊(han)劑(ji)帶來不小的(de)挑戰。助焊(han)劑(ji)太(tai)少可(ke)能造成虛焊(han)等焊(han)接缺陷(xian)，太(tai)多又(you)會因殘余的(de)助焊(han)劑(ji)導(dao)致電子(zi)遷移。本(ben)篇論文將討(tao)論這些典型(xing)的(de)缺陷(xian)，并介紹(shao)如(ru)何優化工(gong)藝參數來預防缺陷(xian)。

焊點剝離：

Pad剝離、焊點剝離和焊點撕裂是由于PCB的基材如環氧樹脂/玻璃FR-4層壓材料和PCB上銅孔銅線之間的熱膨脹系數有差異造成。在接觸焊料過程中，電路板Z方向上的熱膨脹會相對比較大。這種膨脹導致pad變成圓錐形。這是因(yin)為(wei)環氧樹(shu)脂的(de)熱(re)膨脹系數比銅通(tong)孔和線大得(de)多。即使焊點(dian)已通(tong)過(guo)選(xuan)擇焊波峰(feng)或浸(jin)入到(dao)噴嘴的(de)焊料(liao)里，電(dian)路板仍繼續膨脹，因(yin)為(wei)大部分的(de)固(gu)化熱(re)量已傳到(dao)相鄰(lin)的(de)板材。

電路板離開焊料后，焊料裝置到連接件上的熱遷移停止，連接件冷卻到室溫。在此階段，固化熱量擴散到焊點區（參見圖1），促使焊(han)(han)點上(shang)以及附近所(suo)有(you)零件溫(wen)度(du)增(zeng)加。當所(suo)有(you)的(de)(de)固化能量完全(quan)釋放，焊(han)(han)點溫(wen)度(du)漸漸降到室溫(wen)。接(jie)著(zhu)焊(han)(han)點開始(shi)固化，電路(lu)板冷卻，并恢復其原(yuan)有(you)的(de)(de)平(ping)面(mian)形狀。這(zhe)(zhe)一運動(dong)過(guo)程(cheng)給焊(han)(han)點表面(mian)帶來(lai)相當大的(de)(de)壓力，而焊(han)(han)點在此階段仍不(bu)牢固。因此，這(zhe)(zhe)種壓力可能會(hui)導致焊(han)(han)墊(dian)浮離(li)。另外，如果焊(han)(han)墊(dian)和電路(lu)板之間的(de)(de)粘附性(xing)比(bi)焊(han)(han)料(liao)(liao)與電子板的(de)(de)粘附性(xing)強，就(jiu)會(hui)導致焊(han)(han)料(liao)(liao)表面(mian)破裂(lie)，這(zhe)(zhe)稱為(wei)焊(han)(han)腳(jiao)撕裂(lie)。

焊點剝離在IPC-A-610D5.2.10中有具體描述。可接受焊料底部從電鍍通孔連接件主面（焊接面）頂部的脫離。總的來說，很難消除這些缺陷。但可以通過選擇更小的Z軸膨脹系數這樣合適的(de)電路板(ban)材料，縮小(xiao)電鍍通孔(kong)輔面的(de)焊墊(dian)(dian)尺寸或者(zhe)在焊墊(dian)(dian)上印刷(shua)阻焊劑來改善。

圖1：在此階段，固化熱量擴散到焊點區（參見圖1），促使(shi)焊點上(shang)以(yi)及(ji)附近所有零件溫度增加。

拖尾：

下(xia)一個缺(que)陷問題(ti)主(zhu)要討論通過(guo)減少拖尾來優化(hua)多峰(feng)焊(han)(han)工藝。架(jia)線(xian)指的(de)(de)是(shi)僅在噴(pen)嘴區外的(de)(de)焊(han)(han)料(liao)殘(can)留物(wu)，它的(de)(de)輪廓與(yu)噴(pen)嘴邊(bian)緣(yuan)有(you)關。這些(xie)殘(can)留物(wu)一般是(shi)由于焊(han)(han)料(liao)熔(rong)塌造(zao)成的(de)(de)。這些(xie)架(jia)線(xian)包含不同形狀的(de)(de)焊(han)(han)料(liao)微粒，比如不同尺(chi)寸的(de)(de)氧化(hua)焊(han)(han)料(liao)薄網和錫球，但這些(xie)微粒大多是(shi)非常(chang)小的(de)(de)。使用適量(liang)的(de)(de)助(zhu)(zhu)焊(han)(han)劑(ji)將(jiang)噴(pen)嘴區域完全覆蓋可以清除(chu)多峰(feng)噴(pen)嘴旁的(de)(de)拖尾。在無助(zhu)(zhu)焊(han)(han)劑(ji)的(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，焊(han)(han)料(liao)上的(de)(de)阻焊(han)(han)劑(ji)也(ye)會造(zao)成拖尾。

 圖2：參數對(dui)(dui)拖(tuo)尾(wei)的影(ying)響(xiang)。只有焊接溫度（越低越好(hao)）和(he)助焊劑量（越多(duo)越好(hao)）對(dui)(dui)拖(tuo)尾(wei)有明顯的影(ying)響(xiang)。

進行大規模的Taguchi實驗（L16對照9組不同的參數）找出影響拖尾的參數。實驗表明，只有焊料溫度和助焊劑量這兩種參數對拖尾有顯著影響。因此當出現拖尾情況，應該嘗試調節助焊劑用量。此外，在噴嘴外緣涂抹更多的助焊劑有助于降低焊料溫度。使用SnPB，焊料溫度可以降到260℃。降(jiang)后溫(wen)度足以完成通(tong)孔(kong)填(tian)充。

圖3：拖尾；焊(han)料殘(can)留物僅在噴嘴區周圍

錫橋：

錫(xi)橋在選擇性焊(han)(han)接（拖焊(han)(han)）和多(duo)波(bo)焊(han)(han)接（雙列直插式封(feng)裝(zhuang)）工藝中(zhong)(zhong)表現出不同的(de)現象。在拖焊(han)(han)工藝中(zhong)(zhong)，穩定的(de)焊(han)(han)錫(xi)流(liu)至(zhi)關(guan)重要。焊(han)(han)料(liao)(liao)從組裝(zhuang)的(de)反方向流(liu)出。當焊(han)(han)料(liao)(liao)開始流(liu)向背面(mian)（沿著(zhu)電路板方向），就出現了錫(xi)橋。熱氮(dan)氣刮刀迫使焊(han)(han)料(liao)(liao)反向流(liu)動并消(xiao)除錫(xi)橋。

如果焊料開始沿著引腳流動，如圖4所示，PIN腳(jiao)離開焊料(liao)的(de)地(di)方將滑離噴(pen)嘴(zui)。這時，焊料(liao)會冷卻，固化，形(xing)成(cheng)錫(xi)(xi)橋。水平焊接(jie)能夠降(jiang)低不穩定焊錫(xi)(xi)流風險。

圖4：不(bu)穩定的焊錫流。無鉛(qian)焊料有偏離噴嘴，沿著(zhu)引(yin)腳流動的趨(qu)勢。

在雙列直插式封裝工藝中，如果設計適當可以避免錫橋。引腳短些，焊墊小些，PIN腳之間的間距寬些可以降低形成錫橋的風險。Taguchi實驗顯示了機器參數的影響。10 mg/cm²或更多的(de)助焊(han)劑量(liang)和較低的(de)焊(han)料(liao)溫(wen)度是防(fang)止形成錫橋的(de)最(zui)佳組合。此(ci)外(wai)，實驗(yan)表(biao)明，在電路板熱質量(liang)不高的(de)情況下，預(yu)熱溫(wen)度對選(xuan)擇性(xing)焊(han)接(jie)幾乎(hu)沒有影響。雙列直插式封裝時間短，焊(han)料(liao)減速緩慢時產量(liang)最(zui)高。

圖5：L9 Taguchi實驗結果顯示(shi)的是多波情況下，不同的參數對錫(xi)橋的反應。

錫球：

錫球主要是由于高溫和變得更粘的阻焊劑產生的。此外，助焊劑比其它物質更易產生錫球。在雙列直插式封裝焊接工藝中，錫球通常出現在各個PIN腳之間，例如圖6，錫(xi)球(qiu)出(chu)現在錫(xi)橋周圍。

圖6：在焊接區中，四個PIN腳之間(jian)的(de)錫橋(qiao)被大量(liang)的(de)錫球(qiu)圍繞。

銅墊溶解：

較高的焊接溫度，使銅有溶解成焊料的風險。由于無鉛焊料含錫量較多，在高溫下，電路板上銅的溶解速度急劇加快。在選擇焊波峰上，流動的焊料形成焊點，這個過程比雙列直插式封裝工藝重要得多。接觸越頻繁（機器人速度1mm/sec或更慢），焊接溫度越高(>300 ºC)，風險越大。除了為機器設置合適的參數，較厚的銅層也很重要，也正因如此，應當每兩個月檢查一次焊料含銅量，確保含銅量不能超過1%;否則焊點可靠性(xing)將大打(da)折扣(kou)。

 圖7：組裝過程中，溫度達到320℃時，銅墊上的(de)所(suo)有(you)銅都溶解成焊料。

總結：

選(xuan)擇合適(shi)的(de)參數，選(xuan)擇性(xing)(xing)(xing)焊(han)接就能成(cheng)功運用。由于需要(yao)高溫，其(qi)它(ta)焊(han)接工(gong)藝轉(zhuan)變成(cheng)無鉛焊(han)接是(shi)一(yi)(yi)項相當大的(de)挑戰。選(xuan)擇性(xing)(xing)(xing)焊(han)接工(gong)藝最大優點(dian)是(shi)其(qi)靈活性(xing)(xing)(xing)能夠(gou)優化每一(yi)(yi)個元件。如必要(yao)的(de)話，可(ke)以為(wei)每一(yi)(yi)個浸潤有問(wen)題的(de)元件涂更(geng)多的(de)助(zhu)焊(han)劑，侵(qin)泡更(geng)長時間，而不(bu)會因(yin)為(wei)溫度(du)過高而損壞周圍其(qi)它(ta)的(de)元件。