| 探针台 | 2019-02-26 11:55 |
PCB焊接空洞问题总的来说，PCB焊接空洞产生的根本原因有三大方面：一是“热”引起的；二是材料与产品“缺陷”引起的；三是管理或应用（环境）不当引起的。正是由于材料与产品“缺陷”、管理与应用不当等原因，通过外界（客观）条件而显露出来。我们可以通过材料（原辅材料）、PCB制造过程和PCB应用（主要是指焊接）过程等几个方面进行综合评述。 1、在PCB介质层内部和界（表）面上形成“空洞”。 ⑴CCL材料（又称PCB基材）形成的。①CCL基材树脂分解温度低形成的空洞。常规的FR-4基材分解温度（Td）低，约为320℃左右。 因为它采用双氰胺作固化剂的。同时，如果混合不均匀，双氰胺还容易结晶出来。在强“热（特别是在无铅焊接）”条件下，由于温度高、时间长强化了“热”分解、分离等而引起分层、起泡、白点、微空洞等，但发生在基材内部或界（表）面处。 应采用高Td的FR-4材料（酚醛树脂为固化剂）。可提高Td温度（≥350℃）和耐热性能。 ②凹缩形成的空洞。存在于孔壁内，特别是孔内镀铜的内侧与介质层之间，具有“半圆形”状态。尤其是背板、高多层板中常见到。这是由于CCL基材层压参数或固化时间不足引起的。 ⑵阻焊剂引起的。阻焊油墨含有“溶剂”便于网印，网印后必须完全烘干除去。如果没有采用“特定波长”的红外干燥，会形成表面干燥而内部（特别是底部）“残留”溶剂，遇热时形成“微泡”等，严重时会起皱、脱落等。 ⑶表面污染引起的空洞。表面清洗不干净，如水迹、手指纹、粉尘等在“热”作用下，都会引起“微空洞”或“微斑点”等。  经过分析，我们使用氮化铝基板（焊盘材质金）与氧化铝基板（焊盘材质铜）进行焊接后对比发现，氮化铝基板比氧化铝基板的焊接空洞要少于8-20%.   氧化铝陶瓷基板  2、在焊盘与焊料界面上形成的空洞 在PCB焊盘与焊接焊料界面上形成的空洞是最复杂的，既是形成空洞最多的，又是争论最多的。因为PCB焊盘上既有各种各样的某一表面涂（镀）覆层，又有网印焊料，同时，在焊接过程中熔化的焊料还会与涂（镀）覆层、或底铜作用形成IMC化合物。这些情况都能形成微空洞。 ⑴在OSP的焊盘界面上的微空洞。其特点是在铜焊盘表面上形成。由于采用“老式（锡-铅焊料焊接用）”的OSP。其分解温度低，在无铅焊料焊接下，由于焊接温度高、高温时间停留长和表面张力大。因此，在焊盘表面粗糙处的残留微量OSP分解形成微空洞，或在选择性镀镍/金（即混合表面涂覆）的盘边形成的微缝或微空洞。应该采用高温型的OSP，即其分解温度≥350℃的OSP（如烷基苯基咪唑类）。 ⑵在化学镀镍/浸金上形成微空洞。其特点是在镍层表面上形成微空洞。 由于化学镀镍中镀液的稳定性问题，导致镀镍层的结构（系指磷含量和结晶结构与粗糙度等）不稳定性（特别是开始应用和最后的镀镍阶段），从而容易引起脆裂（主要是应力大）、针孔等而发黑现象等，继而影响保存、焊接（形成微空洞），甚至不可焊性。 解决办法：调整化学镀镍溶液，或者浸涂一次OSP（即在化学镍/金上面再浸OSP），便可解决问题。 ⑶焊盘表面清洁度的影响。其特点是在焊接层的界（表）面上。 由于焊盘表面清洁度差，有异物、杂质，特别是有机物（或络合物）的污染，容易在焊料与焊盘界（表）面上形成黑斑与微空洞。 在焊盘表面要很清洁（根据情况，有时要用酸、碱性清洗，最后还要用DI水清洁），甚至包括网印焊膏的前处理。 ⑷焊盘底铜表面粗糙度的控制。其特点是在底铜表面上。 由于焊盘铜表面粗糙度太大（如≥3μm或更大），凹陷处既容易吸附杂质等，又难于清洁，这些埋藏杂质在受热时，就容易形成微空洞或黑斑等。 现在焊盘铜表面的粗糙度控制在≤1μm，采用新的微蚀刻溶液（深圳板明公司已经开发出来并推广应用）。 3、在焊接焊料中形成的空洞 ⑴网印的或点滴的焊膏，没有烘干就进行高温焊接，造成锡珠散射而缺“膏”，形成空洞，甚至虚焊。应该先烘干，最好是采用真空干燥。产生的原因有：（一）网印的或点滴焊膏，没有烘干就进行高温焊接，造成锡珠散射而缺“膏”，形成空洞，甚至虚焊； （二）焊接前受湿大，焊接时“水气”造成空洞，特别是在没有湿度控制的南方地区房间内放置和操作。 ⑵网印或点滴的焊膏太薄，在焊料中局部形成不可焊的IMC层过多（如Cu3Sn2多于Cu6Sn5）而形成空洞或局部焊接或“半焊接”。 ⑶焊接次数过多，造成铜熔入焊料中过多，形成Cu3Sn2过去厚，在焊料中形成不可焊的IMC层过多（如Cu3Sn2多于Cu6Sn5）而形成空洞或局部焊接。 ⑷金镀层过厚（如≥0.15μm），焊接时由于金熔入焊料中，并形成IMC化合物（如Au3Sn等）会产生脆裂，从而形成空洞或猎缝等。 对于焊接用的化学镀镍/浸金的金层厚度是以能够保护底部镍层不氧化就可以了。并不是越厚越好，一般的金厚度为0.05μm就足够了。 ⑸焊接温度的控制方面。由于有铅焊接温度低（焊料熔点为183℃），但一般仍然高出熔点30℃以上，而且表面张力也小，焊接时温度差异±5℃都能很好焊接。但在无铅焊接时，焊料熔点高（≥217℃），表面张力大，焊接温度一般比熔点高不足30℃，在PCB板各个部位存在温差，形成局部不熔化，或熔化并氧化等形成空洞和“球窝”。 大量试验和检测表明，无铅焊点比锡-铅焊料更容易形成空洞，而SAC合金焊料形成的空洞%比要比其它无铅合金大。  从目前焊接工艺来讲分为两大工艺； 1、点胶工艺，这个工艺在LED行业广泛应用，优势就是不用添加设备，用点胶固晶机直接使用，设备成本较投入少，劣势：点胶胶量比较难控制均衡量难保证，所以空洞一致性较差。 2、印刷工艺，这个工艺在 SMT行业中广泛应用，优势印刷后胶量均衡好所以空洞一致性较好，劣势：设备成本较投入（需要买印刷机）。 当比较Sn-3.5Ag-Cu与Sn-3.0Ag-Cu两种焊料的最后可焊性结果时,研究发现，可焊性差的焊点只发生在Sn-3.5Ag-Cu的焊点处，由于Ni3Sn4化合物发生破裂，而且Ni3SnP层变厚。所以，Sn-3.0Ag-Cu无铅焊料明显优于Sn-3.5Ag-Cu无铅焊料。 |
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