引言

 

吹孔是指插件過波峰焊時(shí)，孔內(nèi)氣體因高溫而從焊錫中噴出，使焊錫中形成的空洞。因高溫高濕、鍍層質(zhì)量、有機(jī)污染物等原因造成的插件焊點(diǎn)吹孔，常導(dǎo)致PCBA焊接不良，影響產(chǎn)品可靠性。

 

本文以PCBA焊點(diǎn)吹孔不良為例，通過CT檢測(cè)、表面分析、切片分析與可焊性測(cè)試等方法，分析其失效原因，并提出改善建議。

 

一、案例背景

 

某PCBA波峰焊過程中插件焊點(diǎn)出現(xiàn)吹孔現(xiàn)象，初步分析確認(rèn)孔內(nèi)上錫不良。現(xiàn)進(jìn)行測(cè)試分析，查找PCBA焊點(diǎn)吹孔的原因。

 

二、分析過程

 

1. 外觀檢查

對(duì)PCBA吹孔焊點(diǎn)進(jìn)行光學(xué)檢查。不良成品個(gè)別插件焊點(diǎn)觀察到吹孔異常，PCB孔環(huán)表面局部呈現(xiàn)潤濕不良特征，無明顯焊錫殘留。

 

圖1. PCBA焊點(diǎn)光學(xué)檢查典型照片

 

2. CT分析

為觀察焊點(diǎn)內(nèi)部狀況，利用CT斷層掃描技術(shù)對(duì)PCBA 不良樣品進(jìn)行透視檢查，NG1樣品個(gè)別焊點(diǎn)內(nèi)部局部無焊錫填充；NG2樣品個(gè)別插件焊點(diǎn)內(nèi)部存在較大空洞，空洞分布位置無明顯規(guī)律性。

 

圖2. PCBA樣品CT掃描圖片

 

3. 表面分析

對(duì)不良成品吹孔不良表面進(jìn)行觀察分析，不良成品孔環(huán)附近表面疑似存在助焊劑殘留，孔邊緣阻焊表面發(fā)現(xiàn)少量點(diǎn)狀異物，主要成分為Sn/C/O/Br/Cl等元素。

 

圖3. NG不良焊點(diǎn)表面形貌及EDS成分分析譜圖

 

4. 剖面分析

為了觀察焊點(diǎn)內(nèi)部狀況，對(duì)不良焊點(diǎn)進(jìn)行切片分析，結(jié)果如下：

NG1：①吹孔異常焊點(diǎn)插件側(cè)焊錫呈潤濕鋪展?fàn)顟B(tài)，通孔側(cè)局部鍍層合金化異常，尤其拐角處更為嚴(yán)重，呈現(xiàn)潤濕不良特征；②通孔錫鍍層局部結(jié)構(gòu)異常，光鏡下顏色發(fā)黑，探測(cè)到異常硫元素、較高含量氧元素。

 

圖4. NG1 不良焊點(diǎn)切片后金相及SEM+EDS分析結(jié)果

 

NG2：①異常焊點(diǎn)垂直切片后，內(nèi)部存在較大空洞；②插件Pin針棱角處存在鍍層合金化現(xiàn)象，而其他位置有明顯潤濕情況，后續(xù)通過可焊性測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。

 

圖5. NG2不良焊點(diǎn)切片后金相及SEM+EDS分析結(jié)果

 

孔徑及引腳尺寸測(cè)量：NG樣品孔徑與器件引腳間隙設(shè)計(jì)滿足IPC-2222A -2010 剛性有機(jī)印制板設(shè)計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

圖6. 焊點(diǎn)水平切片后截面尺寸測(cè)量結(jié)果

 

5. 來料分析

5.1 來料表面分析

對(duì)來料插件及PCB焊盤表面進(jìn)行顯微觀察分析，焊盤表面錫層均發(fā)現(xiàn)合金化現(xiàn)象，且通孔拐角位置均發(fā)現(xiàn)含硫污染物，個(gè)別區(qū)域還發(fā)現(xiàn)少量氯元素。

插件PIN表面除少量點(diǎn)狀污染物外，未見異常現(xiàn)象，污染物未檢測(cè)到異常元素存在。

 

圖7. 來料PCB表面形貌及EDS成分譜圖

 

圖8. 來料插件引腳表面形貌及EDS成分譜圖

 

5.2 來料PCB剖面分析

對(duì)來料PCB的通孔切片后，進(jìn)行顯微觀察分析， PCB通孔剖面發(fā)現(xiàn)鍍層不均勻，局部合金化嚴(yán)重；局部區(qū)域顏色發(fā)黑，同樣探測(cè)到異常硫元素、較高含量氧元素，與表面分析污染物成分一致。

 

圖9. 來料PCB剖面形貌及EDS成分譜圖

 

6. 可焊性測(cè)試

參考IPC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)PCB光板及插件原物料進(jìn)行可焊性驗(yàn)證， PCB光板浸焊切片后，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)存在大小不一的空洞，空洞位置鍍層探測(cè)到硫、氧等元素，與失效樣品切片結(jié)果一致。

 

圖10. PCB光板浸焊后剖面形貌及EDS成分譜圖

 

插件原物料：插件引腳浸焊后，表面潤濕完好；通過切片金相觀察分析未見異常。

 

圖11. 插件引腳浸錫后外觀照片

 

圖12. PIN 1浸焊后切片截面金相照片

 

三、總結(jié)分析

 

對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行外觀檢查發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重吹孔成品PCB孔環(huán)表面局部呈現(xiàn)潤濕不良特征及無明顯焊錫殘留現(xiàn)象。對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行CT斷層掃描發(fā)現(xiàn)，多個(gè)焊點(diǎn)內(nèi)部存在不上錫或較大空洞，空洞分布無明顯規(guī)律性。

 

吹孔焊點(diǎn)剖面分析結(jié)果顯示：①通孔局部鍍層存在明顯合金化現(xiàn)象，尤其上、下拐角處更為嚴(yán)重，合金化位置潤濕不良；②通孔局部鍍層存在結(jié)構(gòu)異常（顏色發(fā)黑、鍍層缺失），顏色發(fā)黑區(qū)域探測(cè)到異常硫元素、較高含量氧元素；③孔徑與器件引腳間隙設(shè)計(jì)滿足IPC-2222A -2010 剛性有機(jī)印制板設(shè)計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

來料PCB表面分析顯示：來料PCB光板孔環(huán)表面錫層均存在合金化現(xiàn)象，且通孔拐角位置均發(fā)現(xiàn)含硫污染物現(xiàn)象，個(gè)別區(qū)域還發(fā)現(xiàn)少量氯元素。

 

來料PCB剖面分析顯示：PCB通孔鍍層不均勻，存在局部合金化及無錫層現(xiàn)象；鍍層存在局部結(jié)構(gòu)異常，含有異常硫元素及較高含量的氧元素，與表面分析污染物成分一致。

 

插件Pin表面除少量點(diǎn)狀污染物外，未見異常現(xiàn)象，污染物未檢測(cè)到異常元素存在。

 

可焊性測(cè)試結(jié)果顯示：PCB光板浸焊切片后，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)存在大小不一的空洞；插件Pin浸焊后，未觀察到明顯上錫不良現(xiàn)象。

 

四、結(jié)論與建議

 

綜上所述，PCBA插件焊點(diǎn)吹孔不良的原因包括：①PCB通孔鍍層局部存在嚴(yán)重合金化異常，降低了鍍層表面潤濕能力；②PCB鍍層結(jié)構(gòu)異常（顏色發(fā)黑、鍍層缺失），且顏色發(fā)黑物質(zhì)含硫、氧等異常元素。

 

改善建議

1. 嚴(yán)格控制PCB焊盤鍍層質(zhì)量，避免鍍層合金化；

2. 排查PCB通孔表面含S污染物來源。

 

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