SMT回流焊常見(jiàn)缺陷分析及處理

 不潤(rùn)濕（Nonwetting）/潤(rùn)濕**（Poor Wetting）   
  通常潤(rùn)濕**是指焊點(diǎn)焊錫合金沒(méi)有很好的鋪展開(kāi)來(lái)，從而無(wú)法得到良好的焊點(diǎn)并直接影響到焊點(diǎn)的可靠性。
  產(chǎn)生原因：
   1.焊盤(pán)或引腳表面的鍍層被氧化，氧化層的存在阻擋了焊錫與鍍層之間的接觸；
   2.鍍層厚度不夠或是加工**，很容易在組裝過(guò)程中被破壞；
  3.焊接溫度不夠。相對(duì)SnPb而言，常用無(wú)鉛焊錫合金的熔點(diǎn)升高且潤(rùn)濕性大為下降，需要更高的焊接溫度來(lái)保證焊接質(zhì)量；
   4.預(yù)熱溫度偏低或是助焊劑活性不夠，使得助焊劑未能有效去除焊盤(pán)以及引腳表面氧化膜；
   5.還有就是鍍層與焊錫之間的不匹配業(yè)有可能產(chǎn)生潤(rùn)濕**現(xiàn)象；
  6.越來(lái)越多的采用0201以及01005元件之后，由于印刷的錫膏量少，在原有的溫度曲線下錫膏中的助焊劑快速的揮發(fā)掉從而影響了錫膏的潤(rùn)濕性能；
   7.釬料或助焊劑被污染。

  防止措施：
   1.按要求儲(chǔ)存板材以及元器件，不使用已變質(zhì)的焊接材料；
   2.選用鍍層質(zhì)量達(dá)到要求的板材。一般說(shuō)來(lái)需要至少5μm厚的鍍層來(lái)保證材料12個(gè)月內(nèi)不過(guò)期；
   3.焊接前黃銅引腳應(yīng)該首先鍍一層1～3μm的鍍層，否則黃銅中的Zn將會(huì)影響到焊接質(zhì)量；
   4.合理設(shè)置工藝參數(shù)，適量提高預(yù)熱或是焊接溫度，保證足夠的焊接時(shí)間；
   5.氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境中各種焊錫的潤(rùn)濕行為都能得到明顯改善；
   6.焊接0201以及01005元件時(shí)調(diào)整原有的工藝參數(shù)，減緩預(yù)熱曲線爬伸斜率，錫膏印刷方面做出調(diào)整。

 黑焊盤(pán)(Black Pad)
  黑焊盤(pán)：
 指焊盤(pán)表面化鎳浸金（ENIG）鍍層形態(tài)良好，但金層下的鎳層已變質(zhì)生成只要為鎳的氧化物的脆性黑色物質(zhì)，對(duì)焊點(diǎn)可靠性構(gòu)成很大威脅。
  產(chǎn)生原因：黑盤(pán)主要由Ni的氧化物組成，且黑盤(pán)面的P含量遠(yuǎn)高于正常Ni面，說(shuō)明黑盤(pán)主要發(fā)生在槽液使用一段時(shí)間之后。
  1.化鎳層在進(jìn)行浸金過(guò)程中鎳的氧化速度大于金的沉積速度，所以產(chǎn)生的鎳的氧化物在未完全溶解之前就被金層覆蓋從而產(chǎn)生表面金層形態(tài)良好，實(shí)際鎳層已發(fā)生變質(zhì)的現(xiàn)象；
   2.沉積的金層原子之間比較疏松，金層下面的鎳層得以有繼續(xù)氧化的機(jī)會(huì)。在GalvanicEffect的作用下鎳層會(huì)繼續(xù)劣化。

  防止措施：
  目前還沒(méi)有切實(shí)有效防止措施的相關(guān)報(bào)道，但可以從以下方面進(jìn)行改善：
  1.減少鎳槽的壽命，生產(chǎn)中嚴(yán)格把關(guān)，控制P的含量在7％左右。鎳槽使用壽命長(zhǎng)了之后其中的P含量會(huì)增加，從而會(huì)加快鎳的氧化速度；
  2.鎳層厚度至少為4μm，這樣可以使得鎳層相對(duì)平坦；金層厚度不要超過(guò)0.1μm，過(guò)多的金只會(huì)使焊點(diǎn)脆化；
   3.焊前烘烤板對(duì)焊接質(zhì)量不會(huì)起太大促進(jìn)作用。黑焊盤(pán)在焊接之前就已經(jīng)產(chǎn)生，烘烤過(guò)度反而會(huì)使鍍層惡化；
   4.浸金溶液中加入還原劑，得到半置換半還原的復(fù)合金層，但成本會(huì)提高2.5倍。

 橋連（Bridge）
  焊錫在毗鄰的不同導(dǎo)線或元件之間形成的非正常連接就是通常所說(shuō)的橋連現(xiàn)象。
  產(chǎn)生原因：
   1.線路分布太密，引腳太近或不規(guī)律；
   2.板面或引腳上有殘留物；
   3.預(yù)熱溫度不夠或是助焊劑活性不夠；
   4.錫膏印刷橋連或是偏移等。
  注：一定搭配的焊盤(pán)與引腳焊點(diǎn)在一定條件下能承載的釬料（錫膏）量是一定的，處理不當(dāng)多余的部分都可能造成橋連現(xiàn)象。

  防止措施：
   1.合理設(shè)計(jì)焊盤(pán)，避免過(guò)多采用密集布線；
   2.適當(dāng)提高焊接預(yù)熱溫度，同時(shí)可以考慮在一定范圍內(nèi)提高焊接溫度以提高焊錫合金流動(dòng)性；
   3.氮?dú)猸h(huán)境中橋連現(xiàn)象有所減少。
  返修：
  產(chǎn)生橋連現(xiàn)象的焊點(diǎn)可以用電烙鐵進(jìn)行返修處理。
 
 不共面/脫焊（Noncoplanar）
  脫焊容易造成橋連、短路、對(duì)不準(zhǔn)等現(xiàn)象。
  產(chǎn)生原因：
   1.元件引腳扁平部分的尺寸不符合規(guī)定的尺寸；
   2.元件引腳共面性差，平面度公差超過(guò)±0.002 英寸，扁平封裝器件的引線浮動(dòng)；
   3.當(dāng) SMD 被夾持時(shí)與別的器件發(fā)生碰撞而使引腳變形翹曲；
   4.焊膏印刷量不足，貼片機(jī)貼裝時(shí)壓力太小，焊膏厚度與其上的尺寸不匹配。

  防止措施：
   1.選用合格的元件；
   2.避免操作過(guò)程中的損傷；
   3.焊膏印刷均勻。
 
 墓碑（Tombstone）
  墓碑現(xiàn)象指元件一端脫離焊錫，直接造成組裝板的失效。
  產(chǎn)生原因：墓碑的產(chǎn)生與焊接過(guò)程中元件兩端受力不均勻有關(guān)，組裝密集化之后該現(xiàn)象更為突出。
   1.錫膏印刷不均勻；
   2.元件貼片不**；
   3.溫度不均勻；
   4.基板材料的導(dǎo)熱系數(shù)不同以及熱容不同；
   5.氮?dú)馇闆r下墓碑現(xiàn)象更為明顯；
   6.元件與導(dǎo)軌平行排列時(shí)更容易出現(xiàn)墓碑現(xiàn)象。
 
  防止措施：
   1.提高整個(gè)過(guò)程中的操作精度—印刷精度、貼片精度、溫度均勻性；
   2.紙基、玻璃環(huán)氧樹(shù)脂基、陶瓷基，出現(xiàn)墓碑的概率依次減少；
   3.對(duì)板面元件分布進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

 助焊劑殘留(Flux Residues)
  板面存在較多的助焊劑殘留的話，既影響了板面的光潔程度，同時(shí)對(duì)PCB板本身的電氣性也有一定的影響。
  產(chǎn)生原因：
   1.助焊劑（錫膏）選型錯(cuò)誤。比如要求采用免清洗助焊劑的場(chǎng)合卻采用松香樹(shù)脂型導(dǎo)致殘留較多；
   2.助焊劑中松香樹(shù)脂含量過(guò)多或是品質(zhì)不好容易造成殘留過(guò)多；
   3.清洗不夠或是清洗方法不當(dāng)不能有效**表面殘留；
   4.工藝參數(shù)不相匹配，助焊劑未能有效揮發(fā)掉。

  防止措施：
   1.正確選用助焊劑；
   2.對(duì)需要清洗的板進(jìn)行恰當(dāng)?shù)那逑刺幚怼?br> 
 錫瘟(Tin Pest）
 產(chǎn)生原因：13℃或更低的溫度條件下Sn會(huì)發(fā)生同素異形轉(zhuǎn)變，由灰白色的β-Sn（四角形晶體結(jié)構(gòu)）轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨嘈缘姆勰瞀?Sn（立方晶體結(jié)構(gòu)），該轉(zhuǎn)變速度在-30℃的時(shí)候達(dá)到*大值。航空以及**電子經(jīng)常在該轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)作業(yè)，其長(zhǎng)期可靠性受到了極大的挑戰(zhàn)。使用無(wú)鉛釬料合金同樣發(fā)現(xiàn)錫瘟現(xiàn)象的存在。

  防止措施：
 可以通過(guò)Sn的合金化來(lái)防止甚至是消除錫瘟，比如Sn與Bi、Sb的合金或是與Sn有良好互溶性的Pb。Bi、Sb可以在Sn只溶解0.5％或是更少，但是Pb的溶解量至少要達(dá)到5％才能起到作用。傳統(tǒng)的SnPb共晶中Pb的含量在37％，所以以前并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錫瘟現(xiàn)象。

 元件側(cè)貼（Billboard）/元件反貼（Upside Down）
  電阻反貼不可接受，電容反貼雖不可接受，但不會(huì)造成太大影響。側(cè)貼元件還會(huì)影響到下一步的組裝。
 產(chǎn)生原因：在元件編帶時(shí)就反裝，電阻反貼意味著元件相對(duì)下邊緣更少的絕緣長(zhǎng)度（僅僅是剝離層和焊膏阻層），貼裝前檢查喂料器就可以消除。
  返修：
 不足的焊膏使用專(zhuān)業(yè)的釬焊烙鐵可以移處。加一些助焊劑到焊點(diǎn)上，再放置一些斷續(xù)的纖維，把釬焊烙鐵尖放到釬焊合金的上表面進(jìn)行加熱，直到焊膏合金溶化后進(jìn)入纖維后抬起來(lái)。一次不行可以多次。使用焊膏絲重新釬焊元件端部。如果必要的化使用異丙醇、棉花球、或軟抹布清洗，直到焊劑被去除。
 
 錫球（Solder Ball）
 板上粘附的直徑大于0.13mm或是距離導(dǎo)線0.13mm以內(nèi)的球狀錫顆粒都被統(tǒng)稱為錫球。錫球違反了*小電氣間隙原理會(huì)影響到組裝板的電氣可靠性。
  注：IPC規(guī)定600mm2內(nèi)多于5個(gè)錫球則被視為缺陷。
 產(chǎn)生原因：錫球的產(chǎn)生與焊點(diǎn)的排氣過(guò)程緊密相連。焊點(diǎn)中的氣氛如果未及時(shí)逸出的話可能造成填充空洞現(xiàn)象，如果逸出速度太快的話就會(huì)帶出焊錫合金粘附到阻焊膜上產(chǎn)生錫球，焊點(diǎn)表面已凝固而內(nèi)部還處于液態(tài)階段逸出的氣體可能產(chǎn)生針孔。
   1.板材中含有過(guò)多的水分；
   2.阻焊膜未經(jīng)過(guò)良好的處理。阻焊膜的吸附是產(chǎn)生錫球的一個(gè)必要條件；
   3.助焊劑使用量太大；
   4.預(yù)熱溫度不夠，助焊劑未能有效揮發(fā)；
   5.印刷中的粘附板上的錫膏顆粒容易造成錫球現(xiàn)象。

  防止措施：
   1.合理設(shè)計(jì)焊盤(pán)；
   2.通孔銅層至少25μm以避免止板內(nèi)所含水汽的影響；
   3.采用合適的助焊劑涂敷方式，減少助焊劑中混入的氣體量；
   4.適當(dāng)提高預(yù)熱溫度；
   5.對(duì)板進(jìn)行焊前烘烤處理；
   6.采用合適的阻焊膜。相對(duì)來(lái)說(shuō)平整的阻焊膜表面更容易產(chǎn)生錫球現(xiàn)象。
 
 芯吸（Wick）
  現(xiàn)象：焊料從焊點(diǎn)位置爬上引腳，而沒(méi)能實(shí)現(xiàn)引腳與焊盤(pán)之間的良好結(jié)合。
  產(chǎn)生原因：
   1.元器件的引腳的比熱容小，在相同的加熱條件下，引腳的升溫速率大于PCB焊盤(pán)的速率；
   2.印刷電路板焊盤(pán)可焊性差；
   3.過(guò)孔設(shè)計(jì)不合理，影響了焊點(diǎn)熱容的損失；
   4.焊盤(pán)鍍層可焊性太差或過(guò)期；
  解決方法：
   1.使用較慢的加熱速率，降低 PCB焊盤(pán)和引腳之間的溫差；
   2.選用合適的焊盤(pán)鍍層；
   3.PCB板過(guò)孔的設(shè)計(jì)不能影響到焊點(diǎn)的熱容損失。

 焊點(diǎn)空洞（Void）
 焊點(diǎn)內(nèi)部填充空洞的出現(xiàn)與助焊劑的蒸發(fā)不完全有關(guān)。焊接過(guò)程中助焊劑使用量控制不當(dāng)?shù)暮苋菀壮霈F(xiàn)填充空洞現(xiàn)象。少量的空洞的出現(xiàn)對(duì)焊點(diǎn)不會(huì)造成太大影響，但大量出現(xiàn)就會(huì)影響到焊點(diǎn)可靠性。
  產(chǎn)生原因：
   1.錫膏中助焊劑比例偏大，難以在焊點(diǎn)凝固之前完全逸出；
   2.預(yù)熱溫度偏低，助焊劑中的溶劑難以完全揮發(fā)，停留在焊點(diǎn)內(nèi)部就會(huì)造成填充空洞現(xiàn)象；
   3.焊接時(shí)間過(guò)短，氣體逸出的時(shí)間不夠的話同樣會(huì)產(chǎn)生填充空洞；
   4.無(wú)鉛焊錫合金凝固時(shí)一般存在有4％的體積收縮，如果*后凝固區(qū)域位于焊點(diǎn)內(nèi)部的話同樣會(huì)產(chǎn)生空洞；
   5.操作過(guò)程中沾染的有機(jī)物同樣會(huì)產(chǎn)生空洞現(xiàn)象；

  預(yù)防措施：
   1.調(diào)整工藝參數(shù)，控制好預(yù)熱溫度以及焊接條件；
   2.錫膏中助焊劑的比例適當(dāng)；
   3.避免操作過(guò)程中的污染情況發(fā)生。

 BGA空洞（BGA Void）
  產(chǎn)生原因：
   1.錫膏中助焊劑作用的結(jié)果；
   2.表面張力作用的結(jié)果；
  3.溫度曲線設(shè)置不當(dāng)，BGA焊球由于位于元件下方，因此常常與其他區(qū)域存在有一定溫差，需要合理設(shè)置溫度曲線；
   4.板材中含有的水分在焊接過(guò)程中進(jìn)入到焊球當(dāng)中；
  5.如果有鉛元件搭配無(wú)鉛錫膏的話，錫鉛合金提前熔化并覆蓋住無(wú)鉛合金，使得無(wú)鉛合金中的助焊劑難以逸出從而產(chǎn)生填充空洞。

  防止措施：
   1.合理設(shè)置溫度曲線；
   2.避免無(wú)鉛材料與有鉛材料的混用；
   3.不使用過(guò)期板材。

 元件偏移（Component Excursion）
  一般說(shuō)來(lái)，元件偏移量大于可焊端寬度的50％被認(rèn)為是不可接受的，通常要求偏移量小于25％。
  產(chǎn)生原因：
   1.貼片機(jī)精度不夠；
   2.元件的尺寸容差不符合；
   3.焊膏粘性不足或元件貼裝時(shí)壓力不足，傳輸過(guò)程中的振動(dòng)引起SMD 移動(dòng)；
   4.助焊劑含量太高，再流焊時(shí)助焊劑沸騰，SMD 在液態(tài)釬劑上移動(dòng)；
   5.焊膏塌邊引起偏移；
   6.錫膏超過(guò)使用期限，助焊劑變質(zhì)所致；
   7.如元件旋轉(zhuǎn)，則由程序旋轉(zhuǎn)角度錯(cuò)誤；
  9.如果同樣程度的元件錯(cuò)位在每塊板上都發(fā)現(xiàn)，那程序需要被修改，如果在每塊板上的錯(cuò)位不同，那么很可能是板的加工問(wèn)題或位置錯(cuò)誤；
   10.元件移動(dòng)或是貼片錯(cuò)位對(duì)于 MELF 元件很普通，由于他們的造型特殊，末端提起，元件脫離 PCB表面，脫離黏合劑。由于不同的廠商，末端的不斷變化使之成為一個(gè)變化的問(wèn)題；
   11.風(fēng)量過(guò)大。

  防止措施：
   1.校準(zhǔn)定位坐標(biāo)，注意元件貼裝的準(zhǔn)確性；
   2.使用粘度大的焊膏，增加元件貼裝壓力，增大粘結(jié)力；
   3.選用合適的錫膏，防止焊膏塌陷的出現(xiàn)以及具有合適的助焊劑含量；
   4.調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
   
 元件破裂（Component Crack）
  產(chǎn)生原因：
   1.組裝之前產(chǎn)生破壞；
   2.焊接過(guò)程中板材與元件之間的熱不匹配性造成元件破裂；
   3.貼片過(guò)程處置不當(dāng)；
   4.焊接溫度過(guò)高；
   5.元件沒(méi)按要求進(jìn)行儲(chǔ)存，吸收過(guò)量的水汽在焊接過(guò)程中造成元件破裂；
   6.冷卻速率太大造成元件應(yīng)力集中。

  防止措施：
   1.采用合適的工藝曲線；
   2.按要求進(jìn)行采購(gòu)、儲(chǔ)存；
   3.選用滿足要求的焊接貼片以及焊接設(shè)備。

 焊點(diǎn)裂紋（Joint Crack）
  焊點(diǎn)裂紋不同于表面裂紋，焊點(diǎn)裂紋的存在會(huì)破壞元件與焊盤(pán)之間的有效聯(lián)系，嚴(yán)重影響電路板的可靠性。
  產(chǎn)生原因：
   1.操作不當(dāng)，對(duì)焊點(diǎn)造成的機(jī)械損傷；
  2.焊錫合金受到Pb等元素的污染，使得焊點(diǎn)出現(xiàn)非常不明顯的非同步凝固，產(chǎn)生了低熔點(diǎn)脆性相以及應(yīng)力集中現(xiàn)象，這些相很容易成為裂紋擴(kuò)展的起源并進(jìn)而擴(kuò)展；
   3.沒(méi)有采取足夠快的冷卻速度，焊盤(pán)與焊錫或引腳與焊錫之間產(chǎn)生了過(guò)厚的不平整的鋸齒狀脆性金屬間化合物；
   4.焊錫與鍍層之間的不匹配等造成焊錫潤(rùn)濕**的各種因素*終都有可能導(dǎo)致焊點(diǎn)裂紋的產(chǎn)生；
   5.*常見(jiàn)的就是在進(jìn)行潤(rùn)循環(huán)或是拉伸試驗(yàn)等測(cè)試之后焊點(diǎn)出現(xiàn)的裂紋。

 防止措施：
   1.減少焊接以及傳輸過(guò)程中的機(jī)械震動(dòng)；
   2.嚴(yán)格按照規(guī)范操作，避免組裝過(guò)程受到其他元素的污染，確保整個(gè)過(guò)程符合無(wú)鉛化的要求；
   3.采用合適的冷卻速度，以獲得平整以及厚度適中的金屬間化合物；
   4.采取措施使得焊錫良好的鋪展開(kāi)來(lái)。

 錫須（Tin whisker）
  錫須是鍍層表面生長(zhǎng)出來(lái)的細(xì)絲狀錫單晶。錫須可能造成短路危險(xiǎn)，引發(fā)災(zāi)難性后果。無(wú)鉛環(huán)境中更容易出現(xiàn)錫須現(xiàn)象。
  產(chǎn)生原因：表面鍍層的某些晶粒受到周?chē)恼驊?yīng)力梯度場(chǎng)的作用（該晶粒承受壓應(yīng)力）而導(dǎo)致晶須從該晶粒形成與生長(zhǎng)。
  應(yīng)力梯度主要有兩個(gè)來(lái)源：
   1.金屬間化合物的形成時(shí)產(chǎn)生；
   2.鍍層材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，在承受載荷時(shí)導(dǎo)致的熱應(yīng)力。
 錫須的形成與生長(zhǎng)和再結(jié)晶密不可分。在內(nèi)部位錯(cuò)微應(yīng)力場(chǎng)和環(huán)境溫度的作用下，某些晶粒發(fā)生再結(jié)晶，而再結(jié)晶晶粒與周?chē)ЯＴ谧杂赡芊矫娴牟黄ヅ鋵?dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)朝自由能*小方向演化，晶須的形成與生長(zhǎng)就是這個(gè)*小化過(guò)程的自然產(chǎn)物。其中純Sn鍍層更容易出現(xiàn)錫須現(xiàn)象，而brighttin又比matte tin嚴(yán)重。Cu引線比42合金更容易產(chǎn)生錫須現(xiàn)象。

  防止措施：
   1.鍍層進(jìn)行退火、熔化、回流等熱處理；
   2.采用Ni、Cu等中間鍍層；
   3.鍍層進(jìn)行合金化處理，加入Pd、Bi、Ni、Cu等元素。

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