中心議題：
- 無(wú)鉛焊接缺陷的分類(lèi)
- 無(wú)鉛焊接缺陷的形成原因
解決方案：
- 對(duì)波峰焊接，焊錫溫度盡可能設(shè)低
- 使用好的助焊劑
- 使用SPC和Pareto技術(shù)檢測(cè)制成工藝
大部分無(wú)鉛應(yīng)用實(shí)施會(huì)帶來(lái)除物料及物流以外少許的變化，因?yàn)槎鄶?shù)應(yīng)用中，在找到最優(yōu)化的工藝設(shè)定后，無(wú)鉛焊接能達(dá)到變化前一樣或更好的質(zhì)量。但是在變化多樣的電子裝配中也有例外，對(duì)某此裝配有利的方面則會(huì)對(duì)另一此帶來(lái)不利。不同的熔點(diǎn)，另外的金屬間化合物，不匹配的脹率和其他物理特性等會(huì)使新老問(wèn)題加劇并很快顯露出。
外觀問(wèn)題還是缺陷？
無(wú)鉛焊接中首先注意到的是外觀灰白并粗糙，非常不同于很久以來(lái)錫鉛（尤其Sn/Pb/Ag）焊點(diǎn)光滑亮澤的特點(diǎn)。
最近的IPC-A-610-D為質(zhì)量工程師提供了定義缺陷及可接受標(biāo)準(zhǔn)。如典型的焊接問(wèn)題：焊點(diǎn)裂紋，脫離焊盤(pán)，焊盤(pán)翹起，表面皺縮，空洞。
●已知的焊料缺陷可以根據(jù)以下主題進(jìn)行分類(lèi)：
☆ 線(xiàn)路板材料和高溫
☆ 元器件的損壞，錫鉛和無(wú)鉛的混用
☆ 助焊劑活性和高溫
☆ 無(wú)鉛合金的特點(diǎn)
☆ 焊錫污染過(guò)熱及其他回流缺陷
很多潛在的焊接缺陷源于過(guò)高的焊接溫度。基材之間以及基材和銅之間的分層，線(xiàn)路板變形是由于低質(zhì)量線(xiàn)路板和高溫效果共同造成的典型缺陷。
在對(duì)BGA芯片進(jìn)行回流焊時(shí)，控制冷卻速度非常管理重要。冷卻太快會(huì)形成好的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，但會(huì)加劇BGA載板和材料的變形。為了減少BGA和線(xiàn)路板材料的變形，最好是使用可控制的慢速冷卻。
高溫所帶來(lái)的另一方面的影響是會(huì)形成吹氣孔。PCB板在焊接過(guò)程中會(huì)散發(fā)氣體，這些氣體源于吸收的水分，電鍍層包含的有機(jī)物，或者是亞板中包含的有機(jī)物等等。
線(xiàn)路板無(wú)鉛鍍層的使用也產(chǎn)生了許多問(wèn)題。這些問(wèn)題包括黑盤(pán)現(xiàn)象，多孔金層，有機(jī)焊料保護(hù)層（OSP）或化學(xué)銀保護(hù)層的氧化，以及化學(xué)銀鍍層缺乏光澤。
元件問(wèn)題
與元件相關(guān)的缺陷分為兩種：一、與元件鍍層相關(guān)的缺陷。首要是錫須問(wèn)題，另外有鉛污染以及含鉍鍍層會(huì)導(dǎo)致焊接中低熔點(diǎn)部分而產(chǎn)生縮孔，波峰焊接時(shí)的二次回流，增加焊盤(pán)脫離的風(fēng)險(xiǎn)；二、低質(zhì)量原材料導(dǎo)致的缺陷。這包括濕氣的吸收，塑料的熔化或變形，無(wú)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(wú)鉛元件。符合RoHs意味著耐高溫而且只有這種材料不違反正在實(shí)施的歐洲RoHs法規(guī)。
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助焊劑活性
助焊劑在焊接過(guò)程中扮演者主要角色，很多缺陷歸因于助焊缺乏活性。活性強(qiáng)的助焊劑能去除氧化防止橋接。焊錫上有氮?dú)飧采w可以去氧化，提高潤(rùn)濕特性，從而增強(qiáng)化學(xué)錫性能。如果有足夠的助焊劑活性或氮?dú)猸h(huán)境，就不會(huì)出現(xiàn)如拉尖或冰柱的缺陷。
助焊劑應(yīng)能適應(yīng)焊接過(guò)程中的高預(yù)熱溫度，熱空氣對(duì)流，高焊料溫度，雙波峰，還有線(xiàn)路板鍍層及阻焊層
高焊接溫度
所有在波峰焊接中直接和液態(tài)焊料相鄰的部分，由于液態(tài)焊料傳給焊點(diǎn)的熱能，其溫度都會(huì)升高并膨脹。各種材料的熱膨脹系數(shù)不同，并且在無(wú)鉛焊接的高溫中膨脹程度更高。環(huán)氧玻璃材料線(xiàn)路板的熱膨脹隨溫度而變化，這種膨脹在Z軸尤其突出。由于鍍銅過(guò)孔和PCB基材不同的熱膨脹率焊錫連接會(huì)出現(xiàn)變形，這種變形主要集中在焊盤(pán)區(qū)域。焊接中出現(xiàn)楔形。這種變形是一種動(dòng)態(tài)過(guò)程，它使焊盤(pán)在焊接過(guò)程中上下移動(dòng)。移動(dòng)又導(dǎo)致焊點(diǎn)裂縫的產(chǎn)生。
IPC-A-610-D定義了縮孔的接受程度：
圖1焊接裂縫：根據(jù)IPC-A-610-D，沒(méi)有接觸焊盤(pán)，金屬過(guò)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(méi)有接觸焊盤(pán)，金屬過(guò)孔或元件引腳
焊盤(pán)和焊角翹離的成因有著相同的機(jī)理，即材料熱膨脹性的不匹配。PCB與焊錫接觸時(shí)間更長(zhǎng)，穿孔的填孔效果也會(huì)更好，更高的焊接溫度有益于焊點(diǎn)潤(rùn)濕。當(dāng)同時(shí)具備接觸時(shí)間長(zhǎng)和焊接溫度高時(shí)就會(huì)有導(dǎo)致以下幾種缺陷的危險(xiǎn)：
吹氣孔銅熔出
焊盤(pán)的銅溶解于焊料中。如果銅層太薄，非常長(zhǎng)的接觸時(shí)間會(huì)使銅完全溶解。
二次回流
如果波峰焊接過(guò)程中溫度超出焊錫膏的熔點(diǎn)SMD元件會(huì)被再次熔化。焊盤(pán)可能會(huì)被吸走使得元件引腳脫離焊盤(pán)，有時(shí)引腳和焊盤(pán)之間會(huì)保留少許連接并能通過(guò)電流，要發(fā)現(xiàn)這種缺陷就更加困難。在易發(fā)生的元件上放置散熱器可以防止二次回流。
焊料上吸（燈芯效應(yīng)）
焊錫從焊接處向上流走，造成焊點(diǎn)焊錫不足。
圖2焊料上吸。焊錫在彎腳處而沒(méi)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(guò)久就可能碎裂。另外一種情況，元件的點(diǎn)膠承受不住高溫而掉入焊錫中。
圖3因?yàn)檫^(guò)熱造成的損壞的MELF。
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焊錫污染
有些金屬會(huì)溶解于無(wú)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(xù)監(jiān)測(cè)焊料成份。
鉛、鉍、銅及其他金屬對(duì)焊料的污染會(huì)影響固化過(guò)程，錫鉛鉍合金會(huì)在焊料間形成低熔點(diǎn)部分，在加上作用于焊點(diǎn)的機(jī)械應(yīng)力，就會(huì)造成焊接裂縫。
如果錫槽的構(gòu)成材料沒(méi)有足夠的防護(hù)層，材料（不銹鋼）中的鐵會(huì)溶解于焊錫中形成FeSn2晶體。這種晶體的熔點(diǎn)高達(dá)510℃，因而會(huì)保留在焊錫中。由于在錫槽角落的錫流較慢，晶體通常集中在角落處。但是如果晶體與焊錫一起泵出，晶體可能會(huì)留在焊點(diǎn)處引起橋接。
回流焊接相關(guān)的缺陷
無(wú)鉛焊接使回流工藝窗變少。為了使焊錫完全熔化并且不損壞別的部件，一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)是達(dá)到保持最小的DT（在組件上最冷和啊熱點(diǎn)的溫度差）。事實(shí)上很多回流焊接的缺陷都和印刷及焊錫膏特性有關(guān)。無(wú)鉛焊接中的缺陷和曾經(jīng)發(fā)生于SnPb工藝中的相似。
元件一端立起（立碑）
這種命名形象的現(xiàn)象發(fā)生在片狀元件翻起并立焊接端。一些研究表明無(wú)鉛焊錫膏可以降低元件一端立起的發(fā)生幾率，那是因?yàn)闊o(wú)鉛焊錫的潤(rùn)濕程度小而作用在元件上的力（如表面張力）也同樣明顯減小。
錫球
這是一種位于元件側(cè)面的焊錫球。錫球常見(jiàn)的原因的：焊盤(pán)上錫膏過(guò)多，錫膏印刷不準(zhǔn)確，溶劑形成的氣體在回流預(yù)熱時(shí)從錫膏中排出。
圖4FeSn2針狀結(jié)晶體在組件上造成短路。
錫橋
造成的原因有：絲網(wǎng)印刷不準(zhǔn)確，印錫形狀模糊，錫膏塌落，錫膏過(guò)量或者元件貼片不準(zhǔn)確。
對(duì)BGA元件使用混合材料
圖5用SnAgCu焊錫膏焊接SnPbBGA
當(dāng)焊錫膏和BGA焊錫球材料不匹配時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。如果使用無(wú)鉛焊錫膏于BGA錫鉛焊錫球，錫球在183℃時(shí)熔化，而此時(shí)焊錫膏的氣體仍在排出。由于錫球已經(jīng)熔塌在焊錫膏上，氣體只能排入SnPb中形成大的空洞。如果使用SnPb焊錫膏于無(wú)鉛的BGA焊錫球，必須確保錫球完全熔化以達(dá)到充分的自我對(duì)準(zhǔn)。
建議
很多缺陷和線(xiàn)路板材料質(zhì)量相關(guān)，板的可焊性依賴(lài)于好的存儲(chǔ)條件，受控的物流，合格的供應(yīng)商。
對(duì)波峰焊接，焊錫溫度盡可能設(shè)低，防止元件過(guò)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(duì)錫槽及葉輪的侵蝕作用，而且限制FeSn2晶體的生成。
在波峰焊接和回流焊中，很多缺陷源于助焊劑活性不夠。好的助焊劑能夠經(jīng)受住高溫，防止橋接等。很多的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也證明了助焊劑的重要性。
優(yōu)秀的制成工藝控制可以降低缺陷水平。使用SPC和Pareto技術(shù)檢測(cè)制成工藝的穩(wěn)健性，完善組件設(shè)計(jì)更是關(guān)鍵。回流焊接中充分的制成工藝控制既可以防止過(guò)熱又能降低缺陷發(fā)生率。
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