焊点气泡的危害及其产生原因！

1、空洞及其危害；
空洞对焊点的危害较大，统计分析显示，与空洞有关的失效占到了
PCBA失效的20%；

空洞的两种危害﹕
1.减少有效焊接面积﹐削弱焊接强度﹐降低可靠性。
2.推挤焊锡﹐导致焊点间短路。

2.空洞允收标准 焊点内的空洞可以用切片﹑X-Ray等手段观察到。 空洞的判定一般使用X-RAY影像来裁决，允收标准一般针对BGA锡球内的气泡。 IPC-A610D要求从top view观察﹐空洞面积不可超过球面积的25%。

IPC-7095A对BGA锡球中气泡允收标准有较细致的定义

3.空洞产生机理

空洞产生的一般原因是焊锡熔融时生成了气体。

气体来源﹕ 水汽：

(1)Flux与金属氧化物(SnO/CuO) 反应后产生水分

２ＲＣＯＯＨ  ＋  ＳｎＯ（ＲＣＯＯ）２Ｓｎ  ＋  Ｈ２Ｏ↑

(2)Flux中的有机酸酯化反应生成水

ＲＣＯＯＨ  ＋  Ｒ´ＯＨＲＣＯＯＲ´  ＋  Ｈ２Ｏ↑

(3)受潮

有机物裂解：

Flux残留有机物质在焊接高温中裂解产生气体。

3.空洞产生原因

助焊剂活性不足、三成员(引脚、焊锡、PCB PAD)

吸水、氧化、PAD设计(盘上via)、破孔、表面处理

回流时间、柯肯达尔现象、助焊剂活性不足

 

锡膏中的助焊剂残渣未及排出熔融的焊锡，在高温下裂解形成气泡。

活性较强的助焊剂能抑制气泡的形成---强活性的助焊剂使润湿速度加快，减少助焊剂残渣

被焊锡包裹的机会。

 

三成员(引脚、焊锡、PCB PAD)吸水、氧化

吸水：水在加热时汽化，在焊点内形成很大的气泡，甚至能使相邻的锡球由于焊锡溢出而短路。

氧化：

1、使得助焊反应更剧烈，形成更多的气泡；

2、氧化不易完全清除，润湿速度较慢，不利与气泡外排；

3、由于拒焊而形成气泡集中。

SMT时，焊锡覆盖在via上，via内部空气难以逃溢。

此种气泡国际规范已予允收(J-STD-001D)<面积小于25%>。

PTH破孔

波峰焊时，PTH孔壁上的破孔向外吹气称为吹孔。

PTH的破孔一般与钻孔﹑镀铜等流程有关﹐由于PCB基材需要

经过许多湿制程，难免会从破孔 处吸入水汽、化学物质，这些物 质在高温下可能放出大量的气体。

表面处理

表面处理层防氧化不到位﹐导致焊接时候空洞较多。

OSP等有机表面处理会由于有机膜裂解而产生空洞。

裸铜板会由于氧化而生成大量气泡

回流时间

回流时间对气泡产生量的影响:

1、较长的回流时间有利于气泡的逃溢；

2、时间过长的回流会加剧助焊剂裂解；

3、PAD再氧化形成更多气泡。

柯肯达尔现象

焊点IMC内部的一些微小的孔洞随着时间的积累越来越大， 越来越多﹐最后会连成一条细缝，导致焊点断裂。这种现象， 就是柯肯达尔(Kirkendall)效应。

柯肯达尔孔洞机理﹕不等量原子扩散

柯肯达尔现象（Kirkendall equation）

柯肯达尔孔洞的两种生成机制﹕

1.基底Cu扩散﹕

焊接完成后焊点的Cu6Sn5 IMC层呈扇贝型﹐在后续的老化中IMC会由于Cu底不断向Sn中扩散而生长﹐Cu扩散使得在Cu与IMC的界面产生空位﹐这些空位聚集起来就会形成孔洞。

2.Cu3Sn IMC层的生长﹕

在焊接刚刚完成时﹐焊点中的Cu3Sn IMC是很少甚至没有的﹐

老化过程中会发生如下反应﹐导致Cu3Sn IMC生长：

3.空洞产生原因之七
 

柯肯达尔（Kirkendall）现象

柯肯达尔现象的防范﹕

1.铜焊盘上镀上Ni阻挡层:

柯肯达尔孔洞一般出现在Cu基底的焊点,因为Cu在焊锡中扩

散速度相对较快﹐在常温下扩散也持续进行﹔Ni底在焊锡中扩散速度慢﹐焊接后扩散基本停止

2.焊料中加Cu:

焊料中加少量的Cu即可有效抑

制Cu底在焊锡中的扩散﹐从而阻止柯肯达尔孔洞产生。

 

 

4.空洞致焊点失效案例