2.组件典型焊接过程分析
3.焊接工艺难点讨论
4.典型焊接失效案例讨论
形成良好焊点的关键是:在焊接界面良好润湿,并形成合适的金属间化合物。
3.1 焊接工艺原理
无铅／锡铅焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层，冷却后使焊料凝固，形成焊点。
焊接的本质是焊料和被焊材料之间形成有效的金属连接。
焊接过程描述
关键因素：焊料／助焊剂／被焊金属材料／温度*时间
焊接核心过程分析-润湿
润湿的定义： 熔化的焊料在准备焊接的母材（pcb焊盘或引脚表面）进行充分的漫流和扩散的过程。 润湿的条件：
?清洁的表面
?合适的焊接温度
?助焊剂的保护
?合适的焊接材料
杨氏方程 润湿是焊接的首要条件！
润湿是焊接的首要条件！
焊点的*润湿角 15~45 °
当θ=0°时，*润湿；当θ=180°时，*不润湿。
润湿的不同状态
金属原子以结晶排列，原子间作用力平衡，保持晶格的形状和稳定。
当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱导致部分原子从一个晶格点阵移动到另一个晶格点阵。
扩散条件：相互距离（金属表面清洁，无氧化层和其它杂质， 两块金属原子间才会发生引力）温度（在一定温度下金属分子才具有动能）
焊接过程分解--扩散
四种扩散形式：表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散。
（3）合金化－冶金结合，形成结合层良好焊接工艺典型焊点切片照片
混合组装良好焊点照片
合金界面
焊料内部
合金厚度对焊点可靠性的影响不能忽略
混合组装良好焊点照片
imc过厚易导致焊点开裂
3.2 电子组件典型焊接过程分析
?回流焊接过程分析
?波峰焊接过程分析
?手工焊接过程分析
1）表面贴装工艺总体要求 2）回流焊接工艺曲线 3）回流焊接的几个难点分析 4）回流焊接失效案例分析
3.2.1 回流焊接过程分析
1）锡膏印刷----体积合适、锡膏使用规范 2）贴片工艺----贴片压力、贴片精度 3）回流焊接---温度曲线设置合理 4）测试工艺---防止不恰当的测试 5）在组装过程中要求防止静电或潮湿敏感损伤
表面贴装工艺总体要求
涉及要求：
可制造性设计（焊盘设计、钢网设计，工艺线路选择）
工艺参数控制（锡膏印刷，贴片，回流曲线）
组装过程（环境，人员）
测试手段
典型产品回流曲线设置考虑要素
1 组装密度—热容量考虑(总量,分布)
2 焊接材料---焊料合金类型和助焊剂类型
3 pcb、器件耐温能力（zui高温度）
4 焊接设备（加热方式，加热效率）
5 复杂器件的影响
目前流行的温度曲线分析（一）
④峰值温度
熔点
⑥冷却速度
②预热温度
①升温速度
③预热时间
时 间
⑤加热时间
零件耐热临界温度领域 sn-3ag-0.5cusn-8zi-3bi①升温速度3℃/s以下3℃/s以下②预热温度140～160℃130～150℃③预热时间50～100s30～60s④峰值温度焊剂熔点+10～20℃230～245℃210～220℃⑤加热时间(熔点以上)这是一种能够对整块基板进行均匀加热的时间时间太长会灼伤电子零件20～60℃20～60s⑥冷却速度3～6℃/s3～6℃/s速度太慢会造成立碑、缩孔速度太快会产生裂纹条 件速度太快会造成焊剂激剧沸腾、产生裂纹这种温度使焊剂迅速活化，能够清除氧化膜，且利用峰值温度迅速实现均热。温度过高会引起焊料氧化这是一种能够均匀预热基板的时间时间太长会引起焊料氧化影响到润湿性、润湿上升形状、焊点形成、界面组织(→接合强度、可靠性)
温度
目前流行的回流曲线分析（二）
回流缺陷：大的空洞/冷焊-----工艺控制不良
回流焊接工艺缺陷分析
典型缺陷：焊点冷焊
焊接助焊剂残留导致电化学迁移
波峰焊接技术要点
①助焊剂均匀喷涂
②温度曲线合理（预热和峰值温度）
波峰焊接工艺过程分析
注：没有一条适用于任何组装条件的温度曲线
?预热温度 110-150oc
?传送速度：0.7-1.2m/min
?锡炉温度：255-270 oc
?冷却速度：3~8℃/s
?传输角度：5～7
波峰焊接温度曲线
波峰焊接工艺缺陷分析
缺陷：焊点填充不足-----工艺优化
波峰焊接预热不足导致吹孔
pcba样品在波峰焊接后插件焊点存在空洞。 pcb烘板或波峰前进行回流焊接处理能够改善空洞情况。
金相分析
未烘烤
烘烤后
烘烤前后进行模拟波峰焊接 1）上锡良好 2）未烘烤存在空洞 3）烘烤后不存在空洞
模拟焊接试验
1 样品描述：波峰焊接后，片式电容元件波峰焊后不上锡，片式元件一端端头无爬锡和pcb焊盘上锡量很少 。
波峰焊接漏锡缺陷-阴影效应
外观、金相分析
pcb焊盘和器件端子处均没有焊料。
综合分析
对样品的外观分析表明，元件焊接不良的部位具有相同的方向，即具有方向性，在波峰焊接中由于锡波的方向及速度的不同，易引起阴影效应，造成同一方向的上锡不良。 金相切片分析表明，所有焊接不良元件的一端焊接良好，可见明显的金属间化物，而元件另一端和对应的pcb焊盘同时上锡不良。 综上所述，造成元件焊接不良的原因为波峰焊接过程中助焊剂涂敷不均匀不到位及波峰焊接的阴影效应。
?焊接材料（助焊剂）残留导致的漏电，腐蚀
?bga，pop封装器件的枕头效应
?波峰焊接桥连失效
?波峰焊接填充高度不够
?焊接装配过程机械过应力失效
?静电敏感器件esd失效
?塑封集成电路潮湿敏感损伤
?pcb的爆板，分层
3.3 影响电子组件工艺质量的难点分析
3.3.1 焊接残留导致的pcba漏电，腐蚀
助焊剂的作用： 去除母材和焊料上的氧化物 热过程中防止母材和焊料再度氧化 降低钎焊料表面张力，促进扩散和润湿； 传递热量； 助焊剂要求： 活化温度要比焊料的熔点低 表面张力，粘度和比重都要比焊料小 生成的残渣要容易去除 对母材及焊料无腐蚀性 不产生毒气和臭味 助焊剂的危害 残留导致的漏电、腐蚀（离子残留难以发现）
腐蚀性、兼容性问题 电化学迁移等问题突出。
3.3.1 焊接残留导致的pcba漏电，迁移失效
案例1 助焊剂导致的直接腐蚀
离子漏电的验证方法
1）潮热试验前后绝缘特性对比 2）清洗前后的绝缘特性分析 3）离子色谱分析 4）离子清洁度测试 属于直接证据较难获得的失效类型，取决于焊接材料选择和工艺工艺设置
电迁移是在直流电压的影响下发生的离子运动，导致电失效。
电化学迁移
在潮湿条件下，金属离子会在阳极形成，并向阴极迁移，形成树枝状晶体，当树枝状晶体连接两种导体时造成短路，而且树枝晶体内的电流骤增二发生熔断。
电化学迁移在pcb表面的形成可能是助焊剂的残留或其他残留的污染所致。
电化学迁移机理
阳极
阴极
电化学迁移时的反应
?离子的溶解度
?离子的迁移率（温度和扩散系数）
?ph值对溶解度的影响（污染物盐的溶解度取决于ph值）
?离子的反应性
?温度（溶解度、迁移率、活性）
?湿度（zui关键的因素）
影响电化学迁移的因素
常见金属的电化学迁移能力比较(快)ag>cu>pb>sn-pb>sn>au（慢）
pcba样品表面的测试焊盘中出现不同程度的电迁移（ecm）现象，且电迁移现象均发生在沉银焊盘偏移开槽部位的阻焊涂覆层表面
出现ecm的失效部位
电迁移失效案例1 -银离子迁移
测试盘与阻焊坝（solder mask dam）均有较大偏移，且焊盘有不同程度的发黄或变暗形象
2 外观检查
eds分析，枝状物中主要含有银（ag）及少量的铜（cu）金属元素，另外存在有较高含量的碳（c）及少量的氧（o）、硫（s）、溴（br）、氯（cl）元素
3 sem分析
3 sem分析
对大铜箔面上的阻焊膜（solder mask）进行sem观察，发现：焊盘附近的阻焊膜表面上有白色残留，且阻焊膜上有较多颗粒装物质。eds分析发现白色残留物和阻焊膜表面成分元素中均含有较高含量的碳（c）、氧（o）、硫（s）及少量的溴（br）元素。前者还含有较高的铜（cu）元素，后者含有较高的锡（sn）元素。
3 sem分析-阻焊膜
在sem&eds分析的基础上对pcba进行阴离子浓度测试，检测结果发现：所检样品中含有较高的硝酸根离子（no3－）、磷酸根离子（po43－）、硫酸根离子（so42-）以及溴（br-）等阴离子 。
4 pcba离子浓度分析
测试焊盘铜箔层与阻焊坝之间偏移大，且阻焊膜有突沿现象，突沿出来的阻焊膜与底层基