中心議題：

• 無鉛焊接缺陷的分類
• 無鉛焊接缺陷的形成原因

解決方案：

• 對波峰焊接，焊錫溫度盡可能設低
• 使用好的助焊劑
• 使用SPC和Pareto技術檢測製成工藝

大(da)部(bu)分(fen)無(wu)鉛(qian)應(ying)用(yong)實(shi)施(shi)會(hui)帶(dai)來(lai)除(chu)物(wu)料(liao)及(ji)物(wu)流(liu)以(yi)外(wai)少(shao)許(xu)的(de)變(bian)化(hua)

，因(yin)為(wei)多(duo)數(shu)應(ying)用(yong)中(zhong)，在(zai)找(zhao)到(dao)最(zui)優(you)化(hua)的(de)工(gong)藝(yi)設(she)定(ding)後(hou)，無(wu)鉛(qian)焊(han)接(jie)能(neng)達(da)到(dao)變(bian)化(hua)前(qian)一(yi)樣(yang)或(huo)更(geng)好(hao)的(de)質(zhi)量(liang)。但(dan)是(shi)在(zai)變(bian)化(hua)多(duo)樣(yang)的(de)電(dian)子(zi)裝(zhuang)配(pei)中(zhong)也(ye)有(you)例(li)外(wai)，對(dui)某(mou)此(ci)裝(zhuang)配(pei)有(you)利(li)的(de)方(fang)麵(mian)則(ze)會(hui)對(dui)另(ling)一(yi)此(ci)帶(dai)來(lai)不(bu)利(li)。不(bu)同(tong)的(de)熔(rong)點(dian)，另(ling)外(wai)的(de)金(jin)屬(shu)間(jian)化(hua)合(he)物(wu)，不(bu)匹(pi)配(pei)的(de)脹(zhang)率(lv)和(he)其(qi)他(ta)物(wu)理(li)特(te)性(xing)等(deng)會(hui)使(shi)新(xin)老(lao)問(wen)題(ti)加(jia)劇(ju)並(bing)很(hen)快(kuai)顯(xian)露(lu)出(chu)。

外觀問題還是缺陷？

無鉛焊接中首先注意到的是外觀灰白並粗糙，非常不同於很久以來錫鉛（尤其Sn/Pb/Ag）焊點光滑亮澤的特點。
最近的IPC-A-610-D為質量工程師提供了定義缺陷及可接受標準。如典型的焊接問題：焊點裂紋
，脫離焊盤，焊盤翹起，表麵皺縮
，空洞。

●已知的焊料缺陷可以根據以下主題進行分類：
☆    線路板材料和高溫
☆    元器件的損壞，錫鉛和無鉛的混用
☆    助焊劑活性和高溫
☆    無鉛合金的特點
☆    焊錫汙染過熱及其他回流缺陷

很(hen)多(duo)潛(qian)在(zai)的(de)焊(han)接(jie)缺(que)陷(xian)源(yuan)於(yu)過(guo)高(gao)的(de)焊(han)接(jie)溫(wen)度(du)。基(ji)材(cai)之(zhi)間(jian)以(yi)及(ji)基(ji)材(cai)和(he)銅(tong)之(zhi)間(jian)的(de)分(fen)層(ceng)，線(xian)路(lu)板(ban)變(bian)形(xing)是(shi)由(you)於(yu)低(di)質(zhi)量(liang)線(xian)路(lu)板(ban)和(he)高(gao)溫(wen)效(xiao)果(guo)共(gong)同(tong)造(zao)成(cheng)的(de)典(dian)型(xing)缺(que)陷(xian)。

在對BGA芯片進行回流焊時，控製冷卻速度非常管理重要。冷卻太快會形成好的焊點結構，但會加劇BGA載板和材料的變形。為了減少BGA和線路板材料的變形，最好是使用可控製的慢速冷卻。

高溫所帶來的另一方麵的影響是會形成吹氣孔。PCB板在焊接過程中會散發氣體，這些氣體源於吸收的水分，電鍍層包含的有機物
，或者是亞板中包含的有機物等等。

線路板無鉛鍍層的使用也產生了許多問題。這些問題包括黑盤現象，多孔金層，有機焊料保護層（OSP）或化學銀保護層的氧化，以及化學銀鍍層缺乏光澤。

元件問題

與元件相關的缺陷分為兩種：一、與(yu)元(yuan)件(jian)鍍(du)層(ceng)相(xiang)關(guan)的(de)缺(que)陷(xian)。首(shou)要(yao)是(shi)錫(xi)須(xu)問(wen)題(ti)
，另(ling)外(wai)有(you)鉛(qian)汙(wu)染(ran)以(yi)及(ji)含(han)鉍(bi)鍍(du)層(ceng)會(hui)導(dao)致(zhi)焊(han)接(jie)中(zhong)低(di)熔(rong)點(dian)部(bu)分(fen)而(er)產(chan)生(sheng)縮(suo)孔(kong)
，波(bo)峰(feng)焊(han)接(jie)時(shi)的(de)二(er)次(ci)回(hui)流(liu)，增(zeng)加(jia)焊(han)盤(pan)脫(tuo)離(li)的(de)風(feng)險(xian)；二

、低質量原材料導致的缺陷。這包括濕氣的吸收
，塑料的熔化或變形，無鉛焊接的高溫引起基材分層。

最好使用符合RoHs的元件而不僅僅是無鉛元件。符合RoHs意味著耐高溫而且隻有這種材料不違反正在實施的歐洲RoHs法規。
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助焊劑活性

助(zhu)焊(han)劑(ji)在(zai)焊(han)接(jie)過(guo)程(cheng)中(zhong)扮(ban)演(yan)者(zhe)主(zhu)要(yao)角(jiao)色(se)，很(hen)多(duo)缺(que)陷(xian)歸(gui)因(yin)於(yu)助(zhu)焊(han)缺(que)乏(fa)活(huo)性(xing)。活(huo)性(xing)強(qiang)的(de)助(zhu)焊(han)劑(ji)能(neng)去(qu)除(chu)氧(yang)化(hua)防(fang)止(zhi)橋(qiao)接(jie)。焊(han)錫(xi)上(shang)有(you)氮(dan)氣(qi)覆(fu)蓋(gai)可(ke)以(yi)去(qu)氧(yang)化(hua)
，提(ti)高(gao)潤(run)濕(shi)特(te)性(xing)
，從(cong)而(er)增(zeng)強(qiang)化(hua)學(xue)錫(xi)性(xing)能(neng)。如(ru)果(guo)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)助(zhu)焊(han)劑(ji)活(huo)性(xing)或(huo)氮(dan)氣(qi)環(huan)境(jing)
，就(jiu)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)如(ru)拉(la)尖(jian)或(huo)冰(bing)柱(zhu)的(de)缺(que)陷(xian)。

助焊劑應能適應焊接過程中的高預熱溫度，熱空氣對流
，高焊料溫度，雙波峰

，還有線路板鍍層及阻焊層

高焊接溫度

suoyouzaibofenghanjiezhongzhijieheyetaihanliaoxianglindebufen，youyuyetaihanliaochuangeihandiandereneng，qiwendudouhuishenggaobingpengzhang。gezhongcailiaoderepengzhangxishubutong，bingqiezaiwuqianhanjiedegaowenzhongpengzhangchengdugenggao。huanyangbolicailiaoxianlubanderepengzhangsuiwenduerbianhua
，zhezhongpengzhangzaiZ軸尤其突出。由於鍍銅過孔和PCB基ji材cai不bu同tong的de熱re膨peng脹zhang率lv焊han錫xi連lian接jie會hui出chu現xian變bian形xing，這zhe種zhong變bian形xing主zhu要yao集ji中zhong在zai焊han盤pan區qu域yu。焊han接jie中zhong出chu現xian楔xie形xing。這zhe種zhong變bian形xing是shi一yi種zhong動dong態tai過guo程cheng
，它ta使shi焊han盤pan在zai焊han接jie過guo程cheng中zhong上shang下xia移yi動dong。移yi動dong又you導dao致zhi焊han點dian裂lie縫feng的de產chan生sheng。

IPC-A-610-D定義了縮孔的接受程度：

                                                   
圖1焊接裂縫：根據IPC-A-610-D
，沒有接觸焊盤，金屬過孔或元件引腳的裂紋是可以接受的。

☆    裂紋底部可視（圖1）
☆    裂紋或縮孔沒有接觸焊盤，金屬過孔或元件引腳

焊盤和焊角翹離的成因有著相同的機理，即材料熱膨脹性的不匹配。PCB與yu焊han錫xi接jie觸chu時shi間jian更geng長chang，穿chuan孔kong的de填tian孔kong效xiao果guo也ye會hui更geng好hao，更geng高gao的de焊han接jie溫wen度du有you益yi於yu焊han點dian潤run濕shi。當dang同tong時shi具ju備bei接jie觸chu時shi間jian長chang和he焊han接jie溫wen度du高gao時shi就jiu會hui有you導dao致zhi以yi下xia幾ji種zhong缺que陷xian的de危wei險xian：

吹氣孔銅熔出

焊盤的銅溶解於焊料中。如果銅層太薄，非常長的接觸時間會使銅完全溶解。

二次回流

如果波峰焊接過程中溫度超出焊錫膏的熔點SMD元yuan件jian會hui被bei再zai次ci熔rong化hua。焊han盤pan可ke能neng會hui被bei吸xi走zou使shi得de元yuan件jian引yin腳jiao脫tuo離li焊han盤pan，有you時shi引yin腳jiao和he焊han盤pan之zhi間jian會hui保bao留liu少shao許xu連lian接jie並bing能neng通tong過guo電dian流liu，要yao發fa現xian這zhe種zhong缺que陷xian就jiu更geng加jia困kun難nan。在zai易yi發fa生sheng的de元yuan件jian上shang放fang置zhi散san熱re器qi可ke以yi防fang止zhi二er次ci回hui流liu。

焊料上吸（燈芯效應）

焊錫從焊接處向上流走
，造成焊點焊錫不足。

                                                           
                           圖2焊料上吸。焊錫在彎腳處而沒有接觸元件體是可以接受的。

元件損壞

有些元件（如MELF）在錫波的熔錫中停留過久就可能碎裂。另外一種情況，元件的點膠承受不住高溫而掉入焊錫中。
                                                           
                                                      圖3因為過熱造成的損壞的MELF。
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焊錫汙染

有些金屬會溶解於無鉛焊料中。焊料的溫度流速和合金成份確定了這種溶解的速度。因而要求持續監測焊料成份。

鉛、鉍、銅(tong)及(ji)其(qi)他(ta)金(jin)屬(shu)對(dui)焊(han)料(liao)的(de)汙(wu)染(ran)會(hui)影(ying)響(xiang)固(gu)化(hua)過(guo)程(cheng)，錫(xi)鉛(qian)鉍(bi)合(he)金(jin)會(hui)在(zai)焊(han)料(liao)間(jian)形(xing)成(cheng)低(di)熔(rong)點(dian)部(bu)分(fen)，在(zai)加(jia)上(shang)作(zuo)用(yong)於(yu)焊(han)點(dian)的(de)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)，就(jiu)會(hui)造(zao)成(cheng)焊(han)接(jie)裂(lie)縫(feng)。

如果錫槽的構成材料沒有足夠的防護層，材料（不鏽鋼）中的鐵會溶解於焊錫中形成FeSn2晶體。這種晶體的熔點高達510℃
，因(yin)而(er)會(hui)保(bao)留(liu)在(zai)焊(han)錫(xi)中(zhong)。由(you)於(yu)在(zai)錫(xi)槽(cao)角(jiao)落(luo)的(de)錫(xi)流(liu)較(jiao)慢(man)，晶(jing)體(ti)通(tong)常(chang)集(ji)中(zhong)在(zai)角(jiao)落(luo)處(chu)。但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)晶(jing)體(ti)與(yu)焊(han)錫(xi)一(yi)起(qi)泵(beng)出(chu)，晶(jing)體(ti)可(ke)能(neng)會(hui)留(liu)在(zai)焊(han)點(dian)處(chu)引(yin)起(qi)橋(qiao)接(jie)。

回流焊接相關的缺陷

無鉛焊接使回流工藝窗變少。為了使焊錫完全熔化並且不損壞別的部件，一個關鍵的指標是達到保持最小的DT（在組件上最冷和啊熱點的溫度差）。事實上很多回流焊接的缺陷都和印刷及焊錫膏特性有關。無鉛焊接中的缺陷和曾經發生於SnPb工藝中的相似。

元件一端立起（立碑）

zhezhongmingmingxingxiangdexianxiangfashengzaipianzhuangyuanjianfanqibinglihanjieduan。yixieyanjiubiaomingwuqianhanxigaokeyijiangdiyuanjianyiduanliqidefashengjilv，nashiyinweiwuqianhanxiderunshichengduxiaoerzuoyongzaiyuanjianshangdeli（如表麵張力）也同樣明顯減小。

錫球

這是一種位於元件側麵的焊錫球。錫球常見的原因的：焊盤上錫膏過多
，錫膏印刷不準確
，溶劑形成的氣體在回流預熱時從錫膏中排出。

                                                          
                                             圖4FeSn2針狀結晶體在組件上造成短路。

錫橋

造成的原因有：絲網印刷不準確
，印錫形狀模糊，錫膏塌落
，錫膏過量或者元件貼片不準確。

對BGA元件使用混合材料
                                                         
                                                 圖5用SnAgCu焊錫膏焊接SnPbBGA

當焊錫膏和BGA焊錫球材料不匹配時可能會出現問題。如果使用無鉛焊錫膏於BGA錫鉛焊錫球，錫球在183℃時熔化
，而此時焊錫膏的氣體仍在排出。由於錫球已經熔塌在焊錫膏上，氣體隻能排入SnPb中形成大的空洞。如果使用SnPb焊錫膏於無鉛的BGA焊錫球，必須確保錫球完全熔化以達到充分的自我對準。

建議

很多缺陷和線路板材料質量相關
，板的可焊性依賴於好的存儲條件，受控的物流
，合格的供應商。

對波峰焊接，焊錫溫度盡可能設低，防止元件過熱，材料損壞

，尤其是焊錫膏再熔化（二次回流）。

低的焊錫溫度能減低熔化的錫對錫槽及葉輪的侵蝕作用
，而且限製FeSn2晶體的生成。

在zai波bo峰feng焊han接jie和he回hui流liu焊han中zhong，很hen多duo缺que陷xian源yuan於yu助zhu焊han劑ji活huo性xing不bu夠gou。好hao的de助zhu焊han劑ji能neng夠gou經jing受shou住zhu高gao溫wen，防fang止zhi橋qiao接jie等deng。很hen多duo的de實shi驗yan設she計ji也ye證zheng明ming了le助zhu焊han劑ji的de重zhong要yao性xing。

優秀的製成工藝控製可以降低缺陷水平。使用SPC和Pareto技術檢測製成工藝的穩健性
，完善組件設計更是關鍵。回流焊接中充分的製成工藝控製既可以防止過熱又能降低缺陷發生率。

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