电子产品分娩中虚焊分析及预防

在电子产品生产的测试环节以及售后维修环节，虚焊造成的故障让技能职员在韶光、精力上造成极大的摧残浪费蹂躏，有时为找一个虚焊点，用上一整天的韶光的情形并不鲜见。

在电子产品生产过程及维修过程中，纵然从各方面努力，也无法根治虚焊征象，因此，虚焊一贯是困扰电子行业的焦点问题。

笔者长期从事电子产品装联、电子电路测试、电子产品优化和电子产品系统维修，浅谈《电子产品生产中虚焊剖析及预防》，旨在减少虚焊的危害，提高电子产品质量，也是抛砖引玉，以引起大家对虚焊的广泛关注。

虚焊：在电子产品装联过程中所产生的不良焊点之一，焊点的焊接界面上未形成良好的金属间化合物（IMC）,它使元器件与基板间形成不可靠连接。
（这里定义的虚焊指PCBA上的焊点虚焊。
）

产生缘故原由：基板可焊面和电子元件可焊面被氧化或污染；焊料性能不良、助焊剂性能不良、基板焊盘金属镀层不良；焊接参数（温度、韶光）设置不当。

影响：虚焊使焊点成为或有打仗电阻的连接状态，导致电路事情不正常，或涌现电连接时通时不通的不稳定征象，电路中的噪声 (特殊在通信电路中) 增加而没有规律性，给电路的调试、利用和掩护带来重大隐患。
此外，也有一部分虚焊点在电路开始事情的一段较永劫光内，保持电气打仗尚好，因此不随意马虎创造。
但在温度变革、湿度变革和振动等环境条件浸染下，打仗表面逐步被氧化，打仗逐步地变得不完备起来，进而使电路“罢工”。
其余，虚焊点的打仗电阻会引起局部发热，局部温度升高又匆匆使不完备打仗的焊点情形进一步恶化，终极乃至使焊点脱落，电路完备不能正常事情。
这一过程有时可长达一、二年。

在电子产品生产和维修做事中，要从一台成千上万个焊点的电子设备里找出引起故障的虚焊点来，这并不是一件随意马虎的事。
以是，虚焊是电路可靠性的一大隐患，必须引起重视，研究其规律，采纳方法，降落其危害。

虚焊的特点：从电子产品测试角度讲，一部分虚焊焊点在生产的测试环节中，表现出时通时不通的特点，故障虽然查找较麻烦，但可以把故障焊点办理在出厂之前；另一部分虚焊焊点每每在一年乃至更长的韶光才涌现开路的征象，使产品停滞事情，造成丢失。

虚焊有其暗藏性、故障涌现的有时性以及系统崩溃丢失的重大性，不可忽略。

研究虚焊的成因，降落其危害，是我国从电子制造大国向电子制造强国发展必须重视的主要课题。

导致虚焊的缘故原由大致分为几个方面：一、元器件成分；二、基板（常日为PCB）成分；三、助焊剂、焊料成分；四、工艺参数及其他成分。
下面进行详细剖析。

1 元器件成分引起的虚焊及其预防

元器件可焊部分的金属镀层厚度不足、氧化、污染、变形都可造成虚焊的结果。

1.1 可焊部分的金属镀层厚度不足

常日元器件可焊面镀有一定厚度的、银白色的、均匀的易焊锡层，如果镀层太薄或者镀层不屈均，以及铜基镀锡或钢基镀铜再镀锡，其铜和锡之间相互打仗形成的铜锡界面，两种金属永劫光打仗就会相互渗透形成合金层扩散，使锡层变薄，导致焊面的可焊性低落。
（可焊性指金属表面被熔融焊料润湿的能力）购买长期良好互助的大公司元器件可降落此缘故原由造成的虚焊风险。

1.2 元器件可焊面氧化

电子元器件由于保存韶光过长或者保存条件不当，都可以造成电子元器件引脚或焊端表面氧化，从而造成虚焊的产生。
氧化后的焊面发灰、发黑，目视可检讨出较为严重的氧化，对付氧化后的电子元器件，或弃之不用，或去氧化处理合格后再用。
一样平常处理氧化层采取外力擦、刮；微酸洗濯；涂抹助焊剂，然后搪锡利用。
（表面贴装元器件因其封装体积小，氧化一样平常不易处理，常日退回厂家换货或报废处理）

元器件是否氧化除目检以外，还有较为繁芜详细的可焊性试验检测标准，条件不具备的，可用手工、波峰焊或回流焊方法，对元器件进行批次抽样试焊。

电子元器件储存条件及储存期见下表：

表1 电子元器件的储存环境条件分类

表2 电子元器件的有效储存期

1.3 元器件可焊面的污染

在电子产品生产中，元器件要经由来料吸收清点、存储、发料、成型和插件（THT工艺）、SMC和SMD的高下料、贴装和手工补焊等工序或操作，难免会产生灰尘、油污及汗渍的污染，造成电子元器件焊面的可焊性低落。

在电子装联生产场所，保持清洁的生产环境，穿着防护用品，严格按操作规程操作，是防止元器件污染的有效方法。

1.4 元器件引脚变形

SMD器件，特殊是个中细脚间间距的QFP、SOP封装器件，引脚极易损伤变形，引脚共面性变差，贴装后，部分引脚未紧贴焊盘，造成虚焊，见下图1：

图 1

预防:对细间距贴装IC，用专用工具取放，牢记不能用手直打仗碰引脚，操作过程中，防止IC跌落，QFP常用盘装，SOP一样平常为杆式包装（生产过程中切忌波折），IC脚变形后，应整形检讨后方可贴装。
（如QFP可在平整的钢板或玻璃上改动和检讨）

2 基板（常日为PCB）成分引起的虚焊及其预防

在电子装联过程中，PCB的氧化、污染、变形等都可造成虚焊。
（PCB插装孔、焊盘设计不合理也是造成虚焊的缘故原由之一，在此不予谈论）。

2.1 PCB氧化造成虚焊及预防

PCB由于保存韶光过长或者保存条件不当，都可以造成焊盘、插装孔壁氧化，从而造成虚焊的产生。

氧化后的焊盘，失落去金属光泽，发灰、发黑，也有目检没有非常的情形。
对疑是氧化的PCB，要按标准进行可焊性试验，结果良好方可利用。
以下为各种表面处理的PCB存储条件、存储期限及烘烤条件：

化银板 真空包装前后之存放条件:温度<30 ℃,相对湿度<60%.真空包装后有效保存韶光半年～一年. 储存韶光超过六个月时, 为了避免板材储藏湿气造成爆板,常日拆封后用烘烤办法来去除板内湿气,烘烤条件为 120 ℃,1 小时.(最永劫光不要超过2 小时),利用干净清洁之专用烤箱,且化银板最高下一壁需先以铝箔纸覆盖,以避免银面氧化或有介电质吸附污染.

osp 板 真空包装前后之存放条件:温度20～30 ℃,相对湿度<50%.真空包装后有效保存韶光3 个月～一年. 储存韶光超过六个月时, 为了避免板材储藏湿气造成爆板,常日拆封后烘烤办法来去除板内湿气,烘烤条件为 110～120 ℃, 1 小时.(最永劫光不要超过1.5 小时).

化金板 真空包装前后之存放条件:温度<30 ℃,相对湿度<60%.真空包装后有效保存韶光半年. 储存韶光超过六个月时, 为了避免板材储藏湿气造成爆板,常日拆封后用烘烤办法来去除板内湿气,烘烤条件为120 ℃,1 小时.(最永劫光不要超过2 小时). 喷锡板 真空包装前后之存放条件:温度<25 ℃,相对湿度<60%.真空包装后有效保存韶光一年. 储存韶光超过六个月时, 为了避免板材储藏湿气造成爆板,常日拆封后用烘烤办法来去除板内湿气,烘烤条件为120 ℃,1 小时.(最永劫光不要超过1.5 小时).

2.2 PCB污染造成虚焊及预防：

PCB板在生产过程中，PCB收货、存储，SMT印刷、贴片，THT插件、波峰焊等工序，操作职员都要与PCB打仗，灰尘、油污及汗渍均会污染焊盘，从而使PCB可焊性低落，造成虚焊。

保持清洁的生产环境，按生产工艺操作规程操作，是避免PCB污染的良好习气。

创造有污染的PCB，应洗濯除污烘干后方可利用。

2.3 PCB变形造成虚焊及预防：

PCB变形后，元件贴装的共面性变差，部分元件脚与焊盘悬空（间隔较小，可可否则会造成空焊），造成虚焊。
特殊是SMT工艺中的BGA、QFP封装元件，形成虚焊的可能性较大。

PCB变形一样平常有两种情形：一是来料变形，把好进料关，对PCB按标准验收。

PCB板翘曲度标准请参考IPC-A-600G 第2.11 平整度标准: 对付表面安装元件(如SMT贴装)的印制板其扭曲和弓曲标准为不大于0.75%,其它类型的板为不大于1.5%. 测试方法参考IPC-TM-650 2.4.22.

2.4 PCB表面可焊层有不同的工艺处理办法和不同的金属材料，其可焊性指标也不尽相同，倘若可焊性指标不合格，也是造成虚焊的一大缘故原由。

2.5 部分PCB在回流焊接中高温时段发生翘曲变形，降温后回答平整，造成虚焊，并且造成较大应力，焊点后期失落效的可能性很大。

3 助焊剂、焊料成分引起的虚焊及其预防

3.1 助焊剂缘故原由引起虚焊及预防

在THT或 SMT、THT混装工艺中，波峰焊前要进行助焊剂涂覆，助焊剂性能不良将不能有效去除元件焊面与PCB插装孔、焊盘上的氧化物，导致焊点虚焊。
这在改换助焊剂厂家或型号时，应加以特殊把稳。
特殊是采取新型号助焊剂时，应做焊接试验。

助焊剂要常检讨浓度，要按工艺规程更新。

3.2 焊料成分引起的虚焊及其预防

在波峰焊工序中，锡铅焊料在250 ℃高温下不断氧化，使焊料的含锡量不断低落，偏离共晶点，导致焊料流动性差，涌现虚焊和焊点强度不足。
可采取下面的方法来办理。

添加氧化还原剂，使已氧化的SnO还原成Sn，减小锡渣的产生；不断撤除焊料浮渣；每次焊接前添加一定量的锡；采取含有抗氧化磷的焊料；采取氮气保护焊接，让氮气把焊料与空气隔绝开来，这样就大为减少浮渣的产生。

目前较好的方法是在氮气保护下利用含磷的焊料，可将浮渣率掌握在最低的程度，焊接毛病最少。

在SMT工艺中回流焊工序，焊膏在利用中也会不断氧化，个中的金属含量越来越低，或者个中的助焊剂变少，也会造成虚焊。
合理选用回流温度曲线，可降落虚焊的产生。

焊料与PCB金属层，焊料与元件脚金属层之间的匹配不当，也会造成虚焊。

有铅焊料与无铅焊端混用时，如果采取有铅焊料的温度曲线，有铅焊料先熔，而无铅焊端不能完备熔化，使元件一侧的界面不能天生良好的金属间合金层，因此有铅焊料与无铅焊端混用时焊接质量最差。
在这种情形下，可提高焊接温度，一样平常提高到230～235 ℃就可以了。

4 其他成分造成虚焊及其预防

1). 波峰焊和回流焊焊料降温凝固的过程中，PCBA抖动产生扰动的焊点，其强度低，在客户利用中焊点极易开路涌现故障，电子装联中，也常把这种情形归在虚焊的范畴。

2). 当PCBA存在较大的波折时，产品装置中，将其固定在机箱的底座上，PCBA被逼迫平整，产生应力，焊点随韶光将产生裂纹，导致开路。
（严格讲，这该当是焊点后期失落效，属广义的虚焊了）。
预防的方法是采取平整度合格的PCB，如若在波峰焊、回流焊焊接出炉时，由于热板未平放而造成波折，可再过一次波峰焊或回流焊使其规复平整，牢记人为波折加以改动。

3). 另一种情形是，PCBA是平整的，但其固定基座是不平整的（理论上讲，N个固定基座，一样平常只有三个在一个平面上），这样的安装效果与上面2）.的后期产生结果相同。

安装基座应平整，且PCBA的固定座数量不是越多越好，能达到固定强度哀求即可，固定座越多，PCBA安装后涌现的微不平整情形越厉害。

4). 在电路板在利用中常受外力的部分，比如PCBA上有按键开关的附近焊点极易在利用过程中常常微波折产生金属疲倦导致焊点失落效，（结果与焊点虚焊相同）。

5). PCBA上发热元件附近的焊点相对随意马虎失落效而开路，效果与虚焊相同。

6). PCB在生产过程中牢记预防波折，否则过孔金属化壁涌现裂纹，造成时通时不通的征象，极易与虚焊误判。

7). 关于焊点虚焊的检测，这里就不一一赘述，只是强调一下，PCBA及电子产品成品的高温循环试验和振动试验是早期创造焊点虚焊的极其有效的方法。
下面是焊点失落效曲线：

图3 焊点失落效曲线

8). 电子装联中，合理的焊接温度、韶光，是可靠焊接和形成良好焊点的基本担保，这里就不展开论述了。