深度解析SMT工艺中焊点产生气泡/空洞的原因和解决方法，一步步助你成为SMT...

                                                                                                   





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一
空洞的危害

Ø空洞是焊点中常见的现象；Ø空洞对焊点的危害较大，统计分析显示，与空洞有关的失效占到了PCBA失效的20%；Ø空洞的两种危害﹕1.减少有效焊接面积﹐削弱焊接强度﹐降低可靠性。

2.推挤焊锡﹐导致焊点间短路。

二空洞允收标准 Ø焊点内的空洞可以用切片﹑X-Ray等手段观察到。Ø空洞的判定一般使用X-RAY影像来裁决，允收标准一般针对BGA锡球内的气泡。ØIPC-A610D要求從topview观察﹐空洞面积不可超过球面积的25%。

ØIPC-7095A对BGA锡球中气泡允收标准有较细致的定义

三空洞产生机理空洞产生的一般原因是焊锡熔融时生成了气体。气体来源﹕水汽：(1)Flux与金属氧化物(SnO/CuO) 反应後产生水分２ＲＣＯＯＨ　＋　ＳｎＯ——（ＲＣＯＯ）２Ｓｎ　＋　Ｈ２Ｏ↑(2)Flux中的有机酸酯化反应生成水ＲＣＯＯＨ　＋　Ｒ′ＯＨ——ＲＣＯＯＲ′　＋　Ｈ２Ｏ↑(3)受潮有机物裂解：Flux残留有机物质在焊接高温中裂解产生气体。
3.1空洞产生原因之助焊剂活性不足Ø锡膏中的助焊剂残渣未及排出熔融的焊锡，在高温下裂解形成气泡。Ø活性较强的助焊剂能抑制气泡的形成---强活性的助焊剂使润湿速度加快，减少助焊剂残渣被焊锡包裹的机会。

3.2空洞产生原因之(引脚、焊锡、PCB PAD)吸水、氧化Ø吸水：水在加热时汽化，在焊点内形成很大的气泡，甚至能使相邻的锡球由于焊锡溢出而短路。Ø氧化：   1、使得助焊反应更剧烈，形成更多的气泡；   2、氧化不易完全清除，润湿速度较慢，不利与气泡外排；   3、由于拒焊而形成气泡集中。

3.3空洞产生原因之PAD设计(盘上via)&#216;SMT时，焊锡覆盖在via上，via内部空气难以逃溢。&#216;此种气泡国际规范已予允收(J-STD-001D)<面积小于25%>。


3.4空洞产生原因之PTH破孔&#216;波峰焊时，PTH孔壁上的破孔向外吹气称为吹孔。&#216TH的破孔一般与钻孔﹑镀铜等流程有关﹐由于PCB基材需要经过许多湿制程，难免会从破孔处吸入水汽、化学物质，这些物质在高温下可能放出大量的气体。

3.5空洞产生原因之表面处理&#216;表面处理层防氧化不到位﹐导致焊接时候空洞较多。&#216;OSP等有机表面处理会由于有机膜裂解而产生空洞。

3.6空洞产生原因之回流时间&#216;回流时间对气泡产生量的影响:   1、较长的回流时间有利于气泡的逃溢；   2、时间过长的回流会加剧助焊剂裂解；   3、PAD再氧化形成更多气泡。

3.6空洞产生原因之柯肯达尔（Kirkendall）现象&#216;焊点IMC内部的一些微小的孔洞随着时间的积累越来越大，越来越多﹐最后会连成一条细缝，导致焊点断裂。这种现象，就是柯肯达尔(Kirkendall)效应。

&#216;柯肯达尔孔洞机理﹕不等量原子扩散

&#216;柯肯达尔孔洞的两种生成机制﹕1.基底Cu扩散﹕   焊接完成后焊点的Cu6Sn5 IMC层呈扇贝型﹐在后续的老化中IMC会由于Cu底不断向Sn中扩散而生长﹐Cu扩散使得在Cu与IMC的界面产生空位﹐这些空位聚集起来就会形成孔洞。

2.Cu3SnIMC层的生长﹕    在焊接刚刚完成时﹐焊点中的Cu3SnIMC是很少甚至没有的﹐老化过程中会发生如下反应﹐导致Cu3SnIMC生长：

&#216;柯肯达尔现象的防范﹕ 1.铜焊盘上镀上Ni阻挡层: 柯肯达尔孔洞一般出现在Cu基底的焊点,因为Cu在焊锡中扩散速度相对较快﹐在常温下扩散也持续进行﹔Ni底在焊锡中扩散速度慢﹐焊接后扩散基本停止。 2.焊料中加Cu: 焊料中加少量的Cu即可有效抑制Cu底在焊锡中的扩散﹐从而阻止柯肯达尔孔洞产生。


四失效案例分析-空洞导致焊点失效   



























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