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无铅波峰焊后元件引脚与焊盘剥离分析解决

发布时间:2016-06-29  资讯来源:

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无铅波峰焊的剥离现象直是内外科研人员研究的对象,其原因是这种焊接缺陷是不可修复的,而且易造成焊点失效。

元件引脚与焊盘剥离

元件引脚与焊盘剥离


PCB本身和焊点在冷却凝固过程中都会产生收缩现象,而且其方向是相反的,从而会在铜箔与焊点的界面处产生拉应力的作用。当界面处承受不了足够拉应力的作用时,铜箔与焊点就会在内应力的作用下产生开裂,形成元件引脚与焊盘剥离。

在整个波峰焊接过程中,PCB和铜盘的物理形态没有改变,而无铅焊料则由液态凝固成固态。如果铜盘表面镀有Sn-Pb合金层或者是铅焊料中含有合金元素Bi,都会在焊盘与焊点界面处产生低熔点共晶相。在冷却过程中,焊点中心的液态铅焊料先凝固,而靠近铜盘附近镀有Sn-Pb合金层的焊料或者含Bi的低熔点共晶相仍为液态。当温度继续降低时,先前凝固的铅焊料在冷却过程中产生收缩,由于受到拉应力的作用,靠近铜盘的焊料在凝固过程中发生开裂,从而更容易产生Fillet lifting。在铅化初期,特别是铅焊料与含有Sn-Pb镀层的PCB共存期间,或者是采用含合金元素Bi的铅焊料的使用,Fillet lifting现象将更加明显。为了防止这些情况下产生的元件引脚与焊盘剥离缺陷,个比较好的方法就是在焊后采用快速冷却,使不同熔点的合金相同时凝固。

随着铅化进程的推进,焊料、PCB和元器件引脚的全面铅化将不会出现焊接过程中的低熔点共晶相。对于铅焊料,目前广泛采用的Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Cu系列的熔点温度接近共晶温度,温度区间窄。故在冷却过程中不会出现低熔点共晶相,出现Fillet lifting缺陷的几率大大减小。另外个产生剥离现象的原因就是脆性的金属间化合物层,由于其接触强度低,在定的内应力作用下,易在此处产生开裂,形成Fillet lifting现象,使焊点失效。般IMC的厚度在1-3um间为易。本次试验采用的铅焊料为SnAgCu和SnCu,在特定条件下发现了剥离现象,产生剥离位置的金属间化合物厚度达到了10um左右。

为了防止剥离现象的产生,般采用焊后快速冷却,方面可以使焊点的各个部分同时凝固,减小焊点内应力,另方面可以大大减小金属间化合物的厚度,从而避免剥离现象的产生。对于Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Cu系列铅焊料,冷却速率控制在6-10℃/s左右,基本上可以抑制元件引脚与焊盘剥离的发生。


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