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虚焊分析

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简介

虚焊是常见的一种线路故障,有两种,一种是在生产过程中的,因生产工艺不当引起的,时通时不通的不稳定状态;另外一种是电器经过长期使用,一些发热较严重的零件,其焊脚处的焊点极容易出现老化剥离现象所引起的。

虚焊与假焊都是指焊件表面没有充分镀上锡层,焊件之间没有被锡固住,是由于焊件表面没有清除干净或焊剂用得太少以及焊接时间过短所引起的。所谓“焊点的后期失效”,是指表面上看上去焊点质量尚可,不存在“搭焊”、“半点焊”、“拉尖”、“露铜”等焊接疵点,在车间生产时,装成的整机并无毛病,但到用户使用一段时间后,由于焊接不良,导电性能差而产生的故障却时有发生,是造成早期返修率高的原因之一。

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虚焊危害

虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的,它的焊点成为有接触电阻的连接状态,导致电路工作不正常,出现时好时坏的不稳定现象,噪声增加而没有规律性,给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。此外,也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内,保持接触尚好,因此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件推选用下,接触表面逐步被氧化,接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热,局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化,最终甚至使焊点脱落,电路完全不能正常工作。这一过程有时可长达一、二年。

据统计数字表明,在电子整机产品故障中,有将近一半是由于焊接不良引起的,然而,要从一台成千上万个焊点的电子设备里找出引起故障的虚焊点来,这并不是一件容易的事。所以,虚焊是电路可靠性的一大隐患,必须严格避免。进行手工焊接操作的时候,尤其要加以注意。


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PCBA常见失效分析检测项目

外观检查导通阻值测试绝缘阻值测试3D X-ray观察C-SAM扫描观察
CT扫描观察微切片分析SEM观察断面离子研磨(CP)异物成份分析



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虚焊产生的主要原因

1、基材对虚焊的影响

焊盘、元器件的表面氧化严重、生产储运过程中造成的表面污损、焊接面金属材质不合格,都将影响助焊剂对焊接表面的除氧能力。如果焊接表面金属氧化物不能完全去除,将形成润湿不良或完全不润焊,焊点界面不能形成金属化合物层,就造成虚焊。

基板、元器件变形,使元器件焊接端不能很好地与焊锡膏接触,焊接时易产生立碑、虚焊。

2、焊锡膏对虚焊的影响

焊锡膏由助焊剂与焊锡粉混合而成,是焊接工艺中的关键材料。

焊锡粉作为金属钎料,熔点较低,在常温下保持较稳定的理化特性,而在高温熔融状况下,表现较为活跃,容易与常用电子导电材料(Cu、Ni、Ag、Au等)发生反应,生成金属化合物,形成良好的焊点,smt贴片打样厂家一般采用锡及其合金。焊料合金中如果掺入有害杂质或合金成份比例不达标,将使焊料合金的理化性能发生改变。合金的熔点、熔程发生变化,润湿能力下降,在焊接过程中容易产生虚焊。焊锡粉的氧含量过高,消耗过多助焊剂活性成份,也会造成因活性降低而产生的虚焊。

助焊剂的作用是在焊接过程中,始终保持一定的活性,能不断地将焊接范围内的金属氧化物还原,并且还原速度不能小于焊接过程中金属因高温而氧化的速度。如果助焊剂在焊接过程某一时间的活性减弱或消失,焊料对被焊金属表面的润湿将无法继续进行,从而形成不润湿或退润湿现象,产生虚焊缺陷。如果焊锡膏助焊剂中活性太强,焊锡粉与助焊剂中的酸性物质反应加剧,锡膏粘度上升直至发干,锡膏的储存和使用寿命减少或失效。发干的锡膏会堵塞网孔,造成少锡膏、漏印,焊接中因缺少锡膏而产生空焊或虚焊。

触变性能不好的焊锡膏,也会因印刷不良而产生焊接缺陷。

3、制程工艺对虚焊的影响

印刷工艺参数调整不合适也会导致虚焊的产生。印刷偏移,锡膏未印在焊盘上规定位置,元器件无法很好地与锡膏接触,易产生立碑或虚焊。堵网使焊盘上锡膏量减少,或漏印,因焊盘与元器件之间仍有一定距离,如果没有足够的焊料金属填充,则无法形成良好焊点,产生虚焊缺陷。刮刀压力过大,也会造成少锡膏现象。

贴片偏移导致元器件不能正确地贴在锡膏上,焊接时易产生虚焊。贴片压力过小,元器件没有很好地依靠粘着力被锡膏固定在焊盘上,过回流炉时受热风吹、输送轨道或网带振动等因素影响,易发生偏移而导致虚焊。

回流温度设置不合理也会导致虚焊。预热温度过高、时间过长,助焊剂中活性成份在焊接前消耗大部分,焊接时助焊能力下降导致虚焊;预热温度过低、时间过短,助焊剂不能在焊接前去除金属表面氧化层,焊接时产生不润湿现象,导致虚焊。焊接温度过低、时间过短,焊料金属未能完全熔融,或熔化时间短,焊料金属与被焊金属表面不能形成均匀的金属化合物层,形成裂缝或虚焊;焊接温度过高、时间过长,助焊剂中活性成分挥发加快,金属表面迅速形成新的氧化层,影响焊料润湿效果,产生虚焊。

4、设备对虚焊的影响

设备的精度、安装调试、维护保养不符合要求,因印刷、贴片不良而造成虚焊。回流炉热风温度波动过大、热电偶精度不够使温度偏离工艺参数、传输系统振动过大导致焊接过程中产生扰锡,等等原因都有可能导致虚焊。

5、设计不合理产生虚焊

PCB板在设计时对元器件的布局未考虑回流时热风的通道,使回流焊接过程中部分焊点热风受阻,温度不能达到焊接要求,因而产生虚焊。

吸热较多的大元器件集中布置在PCB板上某一位置,导至该处焊点升温速度慢,实际焊接温度低、焊接时间短,造成虚焊。


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