介紹：

選擇性波峰焊缺陷及預(yù)防，當(dāng)前影響焊接工藝的主要問題在于有鉛向無鉛焊接轉(zhuǎn)換和微型化趨勢。微型焊接指的是一個(gè)印刷電路板上有更多的SMD元件。加工焊點(diǎn)的焊接技術(shù)包括更多的回流應(yīng)用。組裝的通孔元件應(yīng)當(dāng)被自動焊接才能保證最佳質(zhì)量。元件和電子板的連接方式取決于焊點(diǎn)的數(shù)量，但對大多數(shù)產(chǎn)品來說，選擇性焊接是替代托盤方式波峰焊焊接或手動焊接的最佳方式。焊接技術(shù)如今已相當(dāng)純熟，但仍具有典型缺陷。只能本地提供的無鉛焊料熔點(diǎn)高，需要較高的操作溫度，這就增加了某些特定缺陷發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，包括以下各項(xiàng)：

1、焊點(diǎn)剝離

2、拖尾

3、錫橋

4、錫球

5、銅墊溶解             

高溫給助焊劑帶來不小的挑戰(zhàn)。助焊劑太少可能造成虛焊等焊接缺陷，太多又會因殘余的助焊劑導(dǎo)致電子遷移。本篇論文將討論這些典型的缺陷，并介紹如何優(yōu)化工藝參數(shù)來預(yù)防缺陷。

焊點(diǎn)剝離：

Pad剝離、焊點(diǎn)剝離和焊點(diǎn)撕裂是由于PCB的基材如環(huán)氧樹脂/玻璃FR-4層壓材料和PCB上銅孔銅線之間的熱膨脹系數(shù)有差異造成。在接觸焊料過程中，電路板Z方向上的熱膨脹會相對比較大。這種膨脹導(dǎo)致pad變成圓錐形。這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)比銅通孔和線大得多。即使焊點(diǎn)已通過選擇焊波峰或浸入到噴嘴的焊料里，電路板仍繼續(xù)膨脹，因?yàn)榇蟛糠值墓袒療崃恳褌鞯较噜彽陌宀摹?/p>

電路板離開焊料后，焊料裝置到連接件上的熱遷移停止，連接件冷卻到室溫。在此階段，固化熱量擴(kuò)散到焊點(diǎn)區(qū)（參見圖1），促使焊點(diǎn)上以及附近所有零件溫度增加。當(dāng)所有的固化能量完全釋放，焊點(diǎn)溫度漸漸降到室溫。接著焊點(diǎn)開始固化，電路板冷卻，并恢復(fù)其原有的平面形狀。這一運(yùn)動過程給焊點(diǎn)表面帶來相當(dāng)大的壓力，而焊點(diǎn)在此階段仍不牢固。因此，這種壓力可能會導(dǎo)致焊墊浮離。另外，如果焊墊和電路板之間的粘附性比焊料與電子板的粘附性強(qiáng)，就會導(dǎo)致焊料表面破裂，這稱為焊腳撕裂。

焊點(diǎn)剝離在IPC-A-610D5.2.10中有具體描述?？山邮芎噶系撞繌碾婂兺走B接件主面（焊接面）頂部的脫離。總的來說，很難消除這些缺陷。但可以通過選擇更小的Z軸膨脹系數(shù)這樣合適的電路板材料，縮小電鍍通孔輔面的焊墊尺寸或者在焊墊上印刷阻焊劑來改善。

圖1：在此階段，固化熱量擴(kuò)散到焊點(diǎn)區(qū)（參見圖1），促使焊點(diǎn)上以及附近所有零件溫度增加。

拖尾：

下一個(gè)缺陷問題主要討論通過減少拖尾來優(yōu)化多峰焊工藝。架線指的是僅在噴嘴區(qū)外的焊料殘留物，它的輪廓與噴嘴邊緣有關(guān)。這些殘留物一般是由于焊料熔塌造成的。這些架線包含不同形狀的焊料微粒，比如不同尺寸的氧化焊料薄網(wǎng)和錫球，但這些微粒大多是非常小的。使用適量的助焊劑將噴嘴區(qū)域完全覆蓋可以清除多峰噴嘴旁的拖尾。在無助焊劑的情況下，焊料上的阻焊劑也會造成拖尾。

 圖2：參數(shù)對拖尾的影響。只有焊接溫度（越低越好）和助焊劑量（越多越好）對拖尾有明顯的影響。

進(jìn)行大規(guī)模的Taguchi實(shí)驗(yàn)（L16對照9組不同的參數(shù)）找出影響拖尾的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，只有焊料溫度和助焊劑量這兩種參數(shù)對拖尾有顯著影響。因此當(dāng)出現(xiàn)拖尾情況，應(yīng)該嘗試調(diào)節(jié)助焊劑用量。此外，在噴嘴外緣涂抹更多的助焊劑有助于降低焊料溫度。使用SnPB，焊料溫度可以降到260℃。降后溫度足以完成通孔填充。

圖3：拖尾；焊料殘留物僅在噴嘴區(qū)周圍

錫橋：

錫橋在選擇性焊接（拖焊）和多波焊接（雙列直插式封裝）工藝中表現(xiàn)出不同的現(xiàn)象。在拖焊工藝中，穩(wěn)定的焊錫流至關(guān)重要。焊料從組裝的反方向流出。當(dāng)焊料開始流向背面（沿著電路板方向），就出現(xiàn)了錫橋。熱氮?dú)夤蔚镀仁购噶戏聪蛄鲃硬⑾a橋。

如果焊料開始沿著引腳流動，如圖4所示，PIN腳離開焊料的地方將滑離噴嘴。這時(shí)，焊料會冷卻，固化，形成錫橋。水平焊接能夠降低不穩(wěn)定焊錫流風(fēng)險(xiǎn)。

圖4：不穩(wěn)定的焊錫流。無鉛焊料有偏離噴嘴，沿著引腳流動的趨勢。

在雙列直插式封裝工藝中，如果設(shè)計(jì)適當(dāng)可以避免錫橋。引腳短些，焊墊小些，PIN腳之間的間距寬些可以降低形成錫橋的風(fēng)險(xiǎn)。Taguchi實(shí)驗(yàn)顯示了機(jī)器參數(shù)的影響。10 mg/cm²或更多的助焊劑量和較低的焊料溫度是防止形成錫橋的最佳組合。此外，實(shí)驗(yàn)表明，在電路板熱質(zhì)量不高的情況下，預(yù)熱溫度對選擇性焊接幾乎沒有影響。雙列直插式封裝時(shí)間短，焊料減速緩慢時(shí)產(chǎn)量最高。

圖5：L9 Taguchi實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示的是多波情況下，不同的參數(shù)對錫橋的反應(yīng)。

錫球：

錫球主要是由于高溫和變得更粘的阻焊劑產(chǎn)生的。此外，助焊劑比其它物質(zhì)更易產(chǎn)生錫球。在雙列直插式封裝焊接工藝中，錫球通常出現(xiàn)在各個(gè)PIN腳之間，例如圖6，錫球出現(xiàn)在錫橋周圍。

圖6：在焊接區(qū)中，四個(gè)PIN腳之間的錫橋被大量的錫球圍繞。

銅墊溶解：

較高的焊接溫度，使銅有溶解成焊料的風(fēng)險(xiǎn)。由于無鉛焊料含錫量較多，在高溫下，電路板上銅的溶解速度急劇加快。在選擇焊波峰上，流動的焊料形成焊點(diǎn)，這個(gè)過程比雙列直插式封裝工藝重要得多。接觸越頻繁（機(jī)器人速度1mm/sec或更慢），焊接溫度越高(>300 ºC)，風(fēng)險(xiǎn)越大。除了為機(jī)器設(shè)置合適的參數(shù)，較厚的銅層也很重要，也正因如此，應(yīng)當(dāng)每兩個(gè)月檢查一次焊料含銅量，確保含銅量不能超過1%;否則焊點(diǎn)可靠性將大打折扣。

 圖7：組裝過程中，溫度達(dá)到320℃時(shí)，銅墊上的所有銅都溶解成焊料。

總結(jié)：

選擇合適的參數(shù)，選擇性焊接就能成功運(yùn)用。由于需要高溫，其它焊接工藝轉(zhuǎn)變成無鉛焊接是一項(xiàng)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。選擇性焊接工藝最大優(yōu)點(diǎn)是其靈活性能夠優(yōu)化每一個(gè)元件。如必要的話，可以為每一個(gè)浸潤有問題的元件涂更多的助焊劑，侵泡更長時(shí)間，而不會因?yàn)闇囟冗^高而損壞周圍其它的元件。