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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 新闻来源：
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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
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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