波峰焊接過(guò)程是產(chǎn)生PCBA組件缺陷的主要工序，在整個(gè)PCBA組裝過(guò)程中它引起的缺陷率高達(dá)50%。波峰焊接過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷是前工序制造中存在問(wèn)題的集中表現(xiàn)。這些缺陷可區(qū)分為明顯的和隱藏的二類(lèi)。前者較易檢測(cè)，主要問(wèn)題是后者。

本章重點(diǎn)討論有鉛波峰焊接和無(wú)鉛波峰焊接所共有的缺陷現(xiàn)象。這些共性的缺陷主要表現(xiàn)為虛焊、冷焊、不潤(rùn)濕、反潤(rùn)濕、焊點(diǎn)輪廓敷形（以下簡(jiǎn)稱(chēng)敷形）不良、橋連、拉尖、透孔不良、空洞、針孔、“放炮”孔、擾動(dòng)焊點(diǎn)或斷裂焊點(diǎn)、暗色焊點(diǎn)或顆粒狀焊點(diǎn)等。

焊點(diǎn)表面呈粗糙的粒狀、光澤性差、流動(dòng)性不好是虛焊的外觀表現(xiàn)。從本質(zhì)上來(lái)講，凡是在焊接過(guò)程中在連接接頭的界面上未形成合適厚度的合金層（IMC）就可以判定為虛焊，如圖9.1所示。此時(shí)若將焊點(diǎn)撕裂，就可發(fā)現(xiàn)在基體金屬和釬料之間沒(méi)有任何相互楔入的殘留物，界面平整清晰，好像用漿糊粘住的一樣。而正常焊點(diǎn)被撕裂后，釬料和基體金屬之間相互成犬牙交錯(cuò)狀的裂痕，即基體金屬上有釬料殘留，釬料上也有基體金屬的痕跡。

現(xiàn)象：

虛焊的連接界面既未發(fā)生潤(rùn)濕又未發(fā)生擴(kuò)散，好像用漿糊粘住似的，焊點(diǎn)表面呈粗糙的形狀、光澤性差、接觸角θ＞90°，如圖9.2所示。此時(shí)釬料和基體金屬接合界面之間為一層不可焊的薄膜所阻擋，界面層上未能發(fā)生期望的冶金反應(yīng)，這是一種顯形的虛焊現(xiàn)象，從外觀上就能判斷。

形成原理：

1.波峰焊接接合過(guò)程發(fā)生的物理現(xiàn)象

通過(guò)焊接，金屬為什么會(huì)接合到一起并形成連接強(qiáng)度呢？以常用的Sn-37Pb合金釬料來(lái)說(shuō)，在焊接溫度作用下，它是通過(guò)熔融釬料潤(rùn)濕接合金屬表面，再利用擴(kuò)散作用在連接界面生成合金層（IMC），從而結(jié)成一體。

（1）毛細(xì)管現(xiàn)象

在潔凈的固體金屬表面上，放置熔融狀態(tài)的潔凈釬料，液態(tài)釬料就會(huì)在固體金屬表面擴(kuò)展并潤(rùn)濕固體金屬。這是因?yàn)橐簯B(tài)釬料在固體金屬表面的細(xì)小凹凸間隙中，借助毛細(xì)管現(xiàn)象向四方擴(kuò)展而引起的。

（2）潤(rùn)濕作用

焊接過(guò)程中接合作用的第一步，是釬料借助毛細(xì)管現(xiàn)象在接合金屬表面上充分鋪展開(kāi)。為使熔融的釬料潤(rùn)濕固體金屬表面，必須具備一定的條件。其條件之一就是基體金屬表面必須是潔凈的。這樣釬料與被接合的基體金屬的原子間距離才能接近到原子間力作用的程度。

（3）作用于原子間的力

在高溫下具有黏性的二相同金屬間，只要在高溫下加上不大的壓力，就可以使它們之間相互緊密貼合。在焊接時(shí)，因?yàn)殁F料處于熔融狀態(tài)，在金屬表面產(chǎn)生潤(rùn)濕，不需加外力，只要基體金屬表面是潔凈的，就能很容易地達(dá)到原子間力作用所需要的距離。

（4）熔融金屬的聚合力及附著力

潤(rùn)濕是物質(zhì)具有的聚合力作用的結(jié)果，而緊密貼合與表面張力有關(guān)。產(chǎn)生表面張力的原因是聚合力。為了分析此問(wèn)題，下面以在玻璃管中的液體和管壁接觸部位的狀態(tài)來(lái)說(shuō)明，如圖9.3所示。

在圖9.3中，液體分子受到對(duì)玻璃壁的附著力Ff 及液體本身的聚合力Fc的作用（忽略重力作用），按液面形狀作用于液面分子的外力是垂直于液面的。圖9.3左圖中由于水與玻璃壁之間的附著力大，所以合力 Fd的方向是指向玻璃壁內(nèi)的。因此，合力 Fd與成直角的液面成為凹面。當(dāng)出現(xiàn)這種凹面時(shí)，因表面張力作用產(chǎn)生收縮力，而使管內(nèi)液面上的壓力減少。然而在同一液面上各點(diǎn)的壓力必然是相等的，所以液面上升。

在焊接過(guò)程中，潤(rùn)濕和熔融釬料的聚合力及基體金屬的附著力有關(guān)，聚合力越弱，即固體面與液體原子的附著力比液面原子聚合力越大，越容易產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象。

由此可知，為實(shí)現(xiàn)焊接接合過(guò)程，首先要產(chǎn)生潤(rùn)濕，由于潤(rùn)濕，當(dāng)液態(tài)釬料與基體金屬的原子間距離非常接近時(shí)，原子的聚合力即發(fā)生作用，使液態(tài)釬料與基體金屬合并為一體，完成了接合。

2.金屬間化合物

焊接是依靠在接合界面上生成合金層而形成連接強(qiáng)度的。這種合金層通常是一種金屬間化合物。這種以合金的金屬成分按原子量的比例結(jié)合的化合物，叫做金屬間化合物。

當(dāng)用Sn-Pb系釬料焊接銅時(shí)，Sn與Cu相互擴(kuò)散而產(chǎn)生Cu-Sn-Cu的結(jié)合。這種結(jié)合在普通溫度下生成Cu3Sn（ε相）（基體金屬側(cè)）、Cu6Sn5（η相）（釬料側(cè)），而在300℃以上時(shí)則將出現(xiàn)Cu31Sn8（γ相）以及其他結(jié)構(gòu)不明的合金。

金屬間化合物是一種硬度高而脆性大的合金相。Cu與Sn的化學(xué)親合力很強(qiáng)，因此，在焊接接合界面上Cu與Sn形成的金屬間化合物生長(zhǎng)很快，據(jù)有關(guān)資料介紹，純Sn在265℃的液態(tài)下與Cu生成的金屬間化合物層，1min就能達(dá)到1.25μm的厚度。

3.影響因素

① 基體金屬表面不潔凈，表面氧化或者被臟物、油脂、手汗?jié)n等污染而導(dǎo)致表面可焊性差甚至不可焊。

② 外購(gòu)PCB、元器件等可焊性不合格，進(jìn)入用戶(hù)庫(kù)房前未進(jìn)行嚴(yán)格的入庫(kù)驗(yàn)收試驗(yàn)。

③ 庫(kù)存環(huán)境不良，庫(kù)存期太長(zhǎng)。

④ 釬料槽溫度過(guò)高，導(dǎo)致釬料與母材表面加速氧化而造成表面對(duì)液態(tài)釬料的附著力減小。而且高溫還熔蝕了母材的粗糙表面，使毛細(xì)作用下降，漫流性變差。

虛焊的預(yù)防

1.嚴(yán)把外協(xié)、外購(gòu)件入庫(kù)驗(yàn)收關(guān)

必須將可焊性不良的PCB和元器件拒之門(mén)外，因此必須嚴(yán)格執(zhí)行入庫(kù)驗(yàn)收手續(xù)

① 每批外購(gòu)元器件到貨后，必須抽樣按IPC/J—STD—002標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行可焊性試驗(yàn)，合格后方可正式入庫(kù)。

② 每批外協(xié)的PCB到貨后應(yīng)任意抽取3塊按IPC/J—STD—003標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行可焊性試驗(yàn)，合格后才能接收。由于經(jīng)過(guò)可焊性試驗(yàn)后的PCB不能再使用，所以，每批訂購(gòu)時(shí)必須多加3塊作工藝試驗(yàn)件。

2.優(yōu)化庫(kù)存期的管理

①由于存儲(chǔ)環(huán)境和期限與PCB和元器件良好可焊性的保持有著密切的關(guān)系，所以所有PCB和元器件必須在恒溫、恒濕、空氣質(zhì)量好、無(wú)腐蝕性氣體（如硫、氯等）和無(wú)油污的環(huán)境中存儲(chǔ)。

② 考慮到可焊性的存儲(chǔ)期限， 所有元器件必須實(shí)行先入先出的原則，以免造成一部分元器件因庫(kù)存期過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致可焊性退化。

③ 儲(chǔ)存期的長(zhǎng)短應(yīng)視地區(qū)（如南方、北方）和當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量而定，一般希望庫(kù)存期越短越好。例如，PCB在大氣中放置一個(gè)月后，可焊性會(huì)明顯變差且容易附著水汽（吸潮），如圖9.4所示。

又如PCB在深圳的濕熱環(huán)境下即使是抽真空包裝，也最好不要超過(guò)6個(gè)月。在拆除真空包裝狀態(tài)上線插件后，在生產(chǎn)線上滯留時(shí)間最好不要超過(guò)24h就完成焊接工序。

④ 改善儲(chǔ)存條件。

⑤ 對(duì)庫(kù)存超期的元器件和PCB，經(jīng)過(guò)可焊性測(cè)試合格后方可繼續(xù)裝機(jī)使用。

3.加強(qiáng)工序傳遞中的文明衛(wèi)生管理

① 工作人員應(yīng)穿戴防靜電衣、鞋和手套，并經(jīng)常保持其潔凈。

② 多數(shù)助焊劑只能除掉銹和氧化膜，而不能去除油脂那樣的有機(jī)薄膜。如果元器件和PCB在儲(chǔ)存及生產(chǎn)傳遞過(guò)程中，沾上了油脂等污染物后，會(huì)產(chǎn)生錫、鉛的偏析和針孔，降低焊接強(qiáng)度。也容易在鉛的偏析位和釬料連接界面上產(chǎn)生裂紋，從外觀看并無(wú)異常，但卻潛伏著影響可靠性的因素。由于手汗?jié)n等是傳遞過(guò)程中造成可焊性不良的原因，所以在操作過(guò)程中，任何與焊接表面接觸的東西都必須是潔凈的。PCB從儲(chǔ)存袋中取出時(shí)和取出后，人手應(yīng)戴上符合EOS/ESD防護(hù)要求的手套，且只能接觸PCB的板角或邊緣。

4.選擇正確的工藝規(guī)范

① 焊前潔凈所有被焊表面，確?？珊感浴?/span>

② 在兼顧焊點(diǎn)的安全性和可靠性的情況下，可酌情選用活性較強(qiáng)些的助焊劑。

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