正在电子产物拼装规模,焊接和压接是实行电机能相联和导通的两种重点工艺形式。正在印造电途板拼装(printedcircuitboardassembly,PCBA)中,软钎焊因其加热温度低于450℃而被广博采用。然而,无论是正在坐褥进程中依旧产物服役后,焊点虚焊都是一种常见的打击形式。正在电途策画和车间调试中,焊接题目大凡都与虚焊相闭。
依照航天模范QJ2828,虚焊是指正在焊接进程中相联界面上未造成适当厚度的金属间化合物(IMC)的气象。而《电子电途术语》(T/CPCA1001—2022)则将其界说为皮相拥有块状、褶皱或聚集的表观,显示出造止确的焊料活动或润湿成绩差的焊点。
IMC是由两个或更多金属组元按比例构成的有序晶体组织化合物。要实行优异的焊接成绩,焊料因素和母材因素务必产生能造成稳定联络的冶金反响,即正在界面上天生合意的合金层。以是,正在焊接界面上,IMC的造成与否或者造成质地诟谇,对焊接接头的呆滞、化学、电气等机能相闭头性的影响。某焊点内部的金相显微镜如图1所示。从内部构造看,IMC是相联两种资料的闭头,起着长久稳定的呆滞和电气相联用意。没有天生或者没有造成良性的IMC,对焊点来说是灾难性的题目。
IMC的天生对焊点的牢靠性很紧急,但IMC的天生并非肯定能造成牢靠的焊点。优异的IMC须要正在焊接后焊点界面天生,且形状平缓、平均、一连及厚度适中,见表1。由表1可知,IMC的厚度、表表形状、化学组织都市影响焊点的牢靠性。
焊接是一个涉及金属皮相、帮焊剂、熔融焊料和气氛之间互相用意的杂乱进程。熔融的焊料正在进程帮焊剂净化后的金属皮相润湿、扩散、消融、冶金联络,并与两个或多个被焊接金属皮相之间天生IMC,从而实行被焊接金属之间电气与呆滞相联身手。以是,虚焊(焊接不良)受到焊接资料、焊接温度与年光、焊盘策画等闭联方面的影响。
冷焊是指正在焊接进程中,钎料与基体金属之间未抵达最低请求的润湿温度,或者固然限造产生了润湿,但冶金反响不十足的气象。冷焊的表观特质为锡膏未十足熔化,呈颗粒状;手工焊接焊点冷焊显露为焊点不服滑,焊料内混杂松香状,也称松香焊。如对冷焊的焊点举行IMC金相剖析,要么没有天生合金层,要么合金层太薄(0.5μm),显露为焊料未相联或焊点强度不够。
IMC的厚度随温度和年光的加多而加多,呈一种非线性的函数闭联,即温度越高,IMC加多的厚度就越速,且温度升高时,形状一连的IMC层有一面断开,焊点内部会造成空虚。以是,PCBA正在高温试验境况中易变成焊点的热疲顿,显露正在加电测试时,打击焊点电阻会增大。跟着服役年光的加多,增厚的IMC层焊点更容易从焊点内部纷歧连断开,直至焊点开途失效,见表2。由表2可知,跟着试验板回流焊次数的增加,IMC层厚度及形状都产生了较大变革。
焊点脆化变成的打击日常不会正在坐褥进程中或装焊完后顿时映现,大大批是正在境况试验(如高温、温度袭击试验)中或产物服役一段年光后,才会显露出来。其显露局面为电途信号时通时断、忽强忽弱、衰减。
可焊性是指熔融焊料润湿某种金属的才力。印造电途板(printedcircuitboard,PCB)和元器件的可焊性是闭头参数。PCB焊盘的镀层工艺品种较多,焊盘常用的有热风锡铅镀层(hotairsolderleveling,HASL)和化学镀镍/浸金(electrolessnickelimmersiongold,ENIG)。如PCB加工进程或存储不妥都市变成焊接进程中未造成及格的IMC。规范案比如ENIG加工题目,导致金层下的镍层一面腐化,使后期焊接不良的“黑盘”气象。PCB和元器件镀层的氧化或污染同样会惹起焊接不良题目。
金(Au)是一种良好的抗腐化性资料。它拥有化学坚固性高、不易氧化、可焊性好,耐磨、导电性好及接触电阻幼的长处。金镀层是抗氧化性很强的镀层,与焊料有很好的润湿性。以是,正在元器件和PCB焊盘镀层上很多症结都用到金镀层。然则,正在须要软钎接的部位上应用Au却是无益的,会形成“金脆化”。“金脆化”是指正在涂有金涂敷层的皮相钎焊时,Au向焊料的锡(Sn)中神速扩散,造成Au-Sn化合物,如AuSn4。这种化合物为脆性化合物,正在应力用意下极易脆断。当Au的含量抵达3%时,焊点会鲜显著露出脆性,从而使焊点呆滞强度和牢靠性降低。如图3(a)所示的PCB焊盘工艺为电镀厚金,金层厚度抵达了1.27μm,回流焊后富集AuSn4的焊点形状。器件引线段未除金导致的焊点开裂如图3(b)所示。
PCB上焊盘及孔径策画的分歧理,同样会变成虚焊。分歧理的焊盘尺寸和孔径能够导致上锡难题,从而变成虚焊。
某司装调坐褥进程中,曾创造多起因PCB上焊盘或孔径分歧理导致的虚焊。某产物正在调试进程中,每一批次均产生了某项目标不足格的情景。调试工人及策画职员对打击定位到某一器件上,但器件测试认定及格。对该器件从新焊接后,测试目标有好转但仍不足格。凹凸温和板子三防后测试时,该打击气象尤为告急。进程几批次的坐褥,对焊盘尺寸策画举行验证试验,按工艺提倡更改焊盘尺寸后,该打击题目彻底管理。
航空产物上某滤波器的PCB正在装置进程中,工人响应此焊盘及孔径过幼,上锡难题。工艺职员查阅了闭联策画模范、器件原料及策画PCB图,焊盘单边尺寸(1.7272mm)远幼于模范策画的最幼值(2.2000mm)。孔径及焊盘比照见表3。这种焊盘正在装焊进程变成的虚焊,则不行靠后期坐褥中的工艺形式来管理。
正在坐褥现场,因IMC或金脆激励的焊点虚焊很难被检测创造,更难以界定虚焊点是Cu6Sn5,依旧Cu3Sn。一面焊点表观优异,但当产物进程一系列老化或境况试验后,产物成效十分,经屡次排查,才调最终确认该焊点存正在虚焊。
某公司PCBA组件产物正在常温下劳动平常,正在凹凸温劳动中永远不服常,无法断定其打击情由。后经振动测试后创造统一组件板上数个焊点有裂纹,才推论出能够是因为焊点IMC层过厚,导致焊点发脆(同时电阻增大),形成打击,处罚体例为报废当批产物。但坐褥中因IMC题目报废产物不易奉行,IMC或金脆打击激励的焊点十分证据禁止易得到。以是正在实践坐褥中,须要把劳动重心放正在坐褥管造的“进程掌握”和监控纪录上,争取通过合理的可创造性策画(designformanufacturability,DMF)策画、物料质地掌握、工艺管控或升级、坐褥进程管造等,删除虚焊的产生。