基于金相分析的PCB焊接质量研究与应用

李会超，施清清，王大波

（珠海格力电器株式会社，广东 珠海 519000）

择要：

为检测识别PCB焊点焊接可靠性，提出采取金相剖析对焊接质量进行管控。
金相剖析通过显微镜，利用光学事理，不雅观测材料内部构造，对PCB的沉铜厚度、引脚浸锡高度、及焊料与引脚合金层形成情形进行剖析，担保焊点机器可靠性及抗疲倦性能，提高产品性能及可靠性。

0 弁言

印制电路板（PCB）广泛运用于电子工业中，电子元器件在PCB上的焊接办法常日包括手工焊和自动焊接两类。
波峰焊作为当下主要的自动焊接技能之一，其因焊点可承受较大机器应力，装置大略，本钱低廉等优点广泛运用于非便携式电子产品的制作工艺中，如家电、大功率电源。
焊接质量非常将影响焊点机器可靠性、抗热疲倦性能，对付一些强电器件（扼流圈，PFC电感等）还将影响产品电气安全性能。
如图1所示，为焊接不良导致器件失落效。
当PCB上存在大吸热器件时，如何担保产品焊接质量的可靠性，是电子行业工艺优化关注的热点。

PCB焊接考验分为打仗式检测、人工检测和新型自动化考验。
打仗式考验和人工考验随着电子集成电路的发展，其局限性日益突出，纯挚通过PCB的导通性、绝缘性或人工履历来判断毛病的发流放步被替代。
自动光学检测（Automatic Optic Inspection，AOI）作为电子行业比较成熟的自动化检测技能，对付通孔、桥连等焊接非常有较高的检讨精度。
但是对付焊点内部合金层形成、焊点透锡高度、沉铜厚度等影响产品运行可靠性的工艺参数无法识别，存在测试盲区。
金相剖析通过对焊点内部组织进行不雅观察，判断焊点质量，提高产品可靠性。

1 金相剖析

金相剖析是材料学中常用的一种剖析手段，通过高倍光学显微镜，利用光在不同介质分界面的光学征象，不雅观察某种材料内部组织构造，判断其属性是否发生变异，有助于质量考验、失落效剖析、新工艺、新材料等事情的可靠性。
因此，其运用领域也扩展到了电子行业，常见的有芯片内部晶元解剖、PCB板过孔不通、PCB可焊性剖析等。

金相剖析常日包括以下几个步骤：

1）选取待剖析样本。
选取须要剖析的部件，大小适宜，知足镶嵌。

2）镶嵌待磨制样本。
将样本放入镶嵌机，加入镶嵌粉，高温、高压模式下成型。
成型韶光视镶嵌粉材质有所不同。

3）镶嵌后的样本磨制。
磨制时需边磨边用水冷却，磨制力度、韶光得当，避免待剖析组织变形。

4）磨制后的样本抛光。
磨制后经由粗抛光、细抛光应担保表面无磨痕，像镜面，吹干后无水渍和污渍。

5）抛光后样本不雅观察。
利用高倍显微镜不雅观察组织情形。

2 金相验证

2.1 设备及仪器

紧张设备包括试样镶嵌机、预磨机、抛光机、金相显微镜及其他赞助设备。

2.2 波峰焊工艺参数合理性

对付高压电解电容、PFC电感、扼流圈等强电器件，因其分外的承载及电气安全哀求，焊接质量尤为主要。
手工焊接因存在焊接时长无法把控、易产生锡珠等问题在电子制造业已逐步被淘汰。
波峰焊技能作为电子工业中一种主要工艺，紧张用于自动焊接自插、手工插装器件。
影响波峰焊焊接工艺的成分紧张包括两类：第一类为波峰焊设备设定参数，如助焊剂流量、链速、预热温度、炉温曲线等；第二类为PCB板特性，包括板材厚度、焊盘元器件布局等。
波峰焊参数设置不合理不仅影响焊接质量，还将造成生产本钱、效率摧残浪费蹂躏。

传统的参数设置效果以PCB过炉后是否有桥连、通孔、上锡不良等作为直不雅观判断依据，但对付焊点添补高度、焊点合金层等影响焊点可靠性的参数却无法识别。
提高波峰焊工艺参数合理性，进而提高设备综合利用率是电子制造工艺的追求目标之一，而金相剖析供应为其供应理解决方案。

履历证，影响焊接的紧张参数包括炉温、链速、助焊剂流量及种类。
因助焊剂种类在选型固定后，生产阶段不存在切换情形，因此论文紧张对前三种参数的组合进行验证。

以某款PCB为例，3个参数分别设置如表1所示。

不良：第一类为器件引脚非常（氧化、粘有异物等）导致无法上锡；第二类为焊接过程非常导致引脚上锡不良，改换元器件亦或是直接采取手工加锡的处理方案，都存在本钱、资源摧残浪费蹂躏，且不能担保处理后的PCB是否知足焊接工艺标准。
而金相剖析为此类非常供应了可靠的办理方案。
利用金相剖析对PCB焊接效果评估，紧张依照如下参数：透锡标准、气泡体积、合金层以及PCB过孔沉铜厚度。
针对不同的产品，以上4个参数标准不尽相同，以家电类产品为例，哀求各项参数需知足以下条件：

1）透锡高度≥75%；

2）100倍放大镜下下有明显合金层；

气泡体积不超过焊点体积的30%；

PCB过孔沉铜厚度不小于20 m。

某次生产过程中，扼流圈引脚因固定底座的白胶残留在引脚上，导致引脚通孔，如图5所示。
通过金相剖析，如图6左所示，该引脚透锡高度不知足75%的工艺哀求；手工加锡后的金相结果如图6右所示，表明加锡处理方案知足焊接哀求。

生产过程中因波峰焊设备非常，需对已生产的PCBA进行评估。
通过金相剖析，如图7所示，表明引脚透锡高度及焊点合金层形成非常。
通过手工加锡处理后，如图8所示，引脚透锡高度、合金层形成良好，同时，PCB过孔沉铜厚度为39 m，知足20 m的工艺哀求。

3 结语

金相剖析大略直不雅观，是质量掌握、失落效剖析、新材料新工艺开拓等事情不可缺失落的一部分。
焊接质量作为影响掌握器运行可靠性的主要参数，文章采取金相方法对多种别焊接不良进行剖析，表明其有对付提高PCB焊接质量、提高产品可靠性方面具有独特上风。