pcba焊点吹孔不良原因分析 -凯发官网入口首页

引言

吹孔是指插件过波峰焊时，孔内气体因高温而从焊锡中喷出，使焊锡中形成的空洞。因高温高湿、镀层质量、有机污染物等原因造成的插件焊点吹孔，常导致pcba焊接不良，影响产品可靠性。

本文以pcba焊点吹孔不良为例，通过ct检测、表面分析、切片分析与可焊性测试等方法，分析其失效原因，并提出改善建议。

一、案例背景

某pcba波峰焊过程中插件焊点出现吹孔现象，初步分析确认孔内上锡不良。现进行测试分析，查找pcba焊点吹孔的原因。

二、分析过程

1. 外观检查

对pcba吹孔焊点进行光学检查。不良成品个别插件焊点观察到吹孔异常，pcb孔环表面局部呈现润湿不良特征，无明显焊锡残留。

图1. pcba焊点光学检查典型照片

2. ct分析

为观察焊点内部状况，利用ct断层扫描技术对pcba 不良样品进行透视检查，ng1样品个别焊点内部局部无焊锡填充；ng2样品个别插件焊点内部存在较大空洞，空洞分布位置无明显规律性。

图2. pcba样品ct扫描图片

3. 表面分析

对不良成品吹孔不良表面进行观察分析，不良成品孔环附近表面疑似存在助焊剂残留，孔边缘阻焊表面发现少量点状异物，主要成分为sn/c/o/br/cl等元素。

图3. ng不良焊点表面形貌及eds成分分析谱图

4. 剖面分析

为了观察焊点内部状况，对不良焊点进行切片分析，结果如下：

ng1：①吹孔异常焊点插件侧焊锡呈润湿铺展状态，通孔侧局部镀层合金化异常，尤其拐角处更为严重，呈现润湿不良特征；②通孔锡镀层局部结构异常，光镜下颜色发黑，探测到异常硫元素、较高含量氧元素。

图4. ng1 不良焊点切片后金相及sem eds分析结果

ng2：①异常焊点垂直切片后，内部存在较大空洞；②插件pin针棱角处存在镀层合金化现象，而其他位置有明显润湿情况，后续通过可焊性测试进行验证。

图5. ng2不良焊点切片后金相及sem eds分析结果

孔径及引脚尺寸测量：ng样品孔径与器件引脚间隙设计满足ipc-2222a -2010 刚性有机印制板设计分标准要求。

图6. 焊点水平切片后截面尺寸测量结果

5. 来料分析

5.1 来料表面分析

对来料插件及pcb焊盘表面进行显微观察分析，焊盘表面锡层均发现合金化现象，且通孔拐角位置均发现含硫污染物，个别区域还发现少量氯元素。

插件pin表面除少量点状污染物外，未见异常现象，污染物未检测到异常元素存在。

图7. 来料pcb表面形貌及eds成分谱图

图8. 来料插件引脚表面形貌及eds成分谱图

5.2 来料pcb剖面分析

对来料pcb的通孔切片后，进行显微观察分析， pcb通孔剖面发现镀层不均匀，局部合金化严重；局部区域颜色发黑，同样探测到异常硫元素、较高含量氧元素，与表面分析污染物成分一致。

图9. 来料pcb剖面形貌及eds成分谱图

6. 可焊性测试

参考ipc相关标准分别对pcb光板及插件原物料进行可焊性验证， pcb光板浸焊切片后，发现孔内存在大小不一的空洞，空洞位置镀层探测到硫、氧等元素，与失效样品切片结果一致。

图10. pcb光板浸焊后剖面形貌及eds成分谱图

插件原物料：插件引脚浸焊后，表面润湿完好；通过切片金相观察分析未见异常。

图11. 插件引脚浸锡后外观照片

图12. pin 1浸焊后切片截面金相照片

三、总结分析

对焊点进行外观检查发现，严重吹孔成品pcb孔环表面局部呈现润湿不良特征及无明显焊锡残留现象。对焊点进行ct断层扫描发现，多个焊点内部存在不上锡或较大空洞，空洞分布无明显规律性。

吹孔焊点剖面分析结果显示：①通孔局部镀层存在明显合金化现象，尤其上、下拐角处更为严重，合金化位置润湿不良；②通孔局部镀层存在结构异常（颜色发黑、镀层缺失），颜色发黑区域探测到异常硫元素、较高含量氧元素；③孔径与器件引脚间隙设计满足ipc-2222a -2010 刚性有机印制板设计分标准要求。

来料pcb表面分析显示：来料pcb光板孔环表面锡层均存在合金化现象，且通孔拐角位置均发现含硫污染物现象，个别区域还发现少量氯元素。

来料pcb剖面分析显示：pcb通孔镀层不均匀，存在局部合金化及无锡层现象；镀层存在局部结构异常，含有异常硫元素及较高含量的氧元素，与表面分析污染物成分一致。

插件pin表面除少量点状污染物外，未见异常现象，污染物未检测到异常元素存在。

可焊性测试结果显示：pcb光板浸焊切片后，发现孔内存在大小不一的空洞；插件pin浸焊后，未观察到明显上锡不良现象。

四、结论与建议

综上所述，pcba插件焊点吹孔不良的原因包括：①pcb通孔镀层局部存在严重合金化异常，降低了镀层表面润湿能力；②pcb镀层结构异常（颜色发黑、镀层缺失），且颜色发黑物质含硫、氧等异常元素。

改善建议

1. 严格控制pcb焊盘镀层质量，避免镀层合金化；

2. 排查pcb通孔表面含s污染物来源。

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