PCB無鉛焊錫焊點空洞的原因
來源：捷配
時間: 2025/12/25 10:15:50
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提問：我們在生產(chǎn)汽車電子 PCB 時，發(fā)現(xiàn)無鉛焊錫的焊點空洞率很高，尤其是在功率器件的焊點上，空洞率超過 20%，不符合汽車電子的可靠性要求。請教專家，無鉛焊錫焊點空洞的形成原因是什么？如何從材料、工藝、設計三個方面降低空洞率？
回答：焊點空洞是無鉛焊接中影響產(chǎn)品可靠性的關鍵缺陷，尤其是在汽車電子領域，功率器件的焊點空洞會導致散熱不良，嚴重時可能引發(fā)設備故障。無鉛焊錫的焊點空洞率比有鉛焊錫高，主要是因為無鉛焊錫的潤濕性差，焊接過程中氣體更難排出。下面從原因分析和解決方法兩個方面進行深度解析，重點針對汽車電子的功率器件。
首先，焊點空洞的形成原因主要有以下四類：
- 焊膏相關原因：焊膏中含有氣泡、焊粉氧化、助焊劑揮發(fā)物過多。無鉛焊膏的焊粉比表面積大，容易吸附空氣中的水汽和氧氣，攪拌時如果方法不當，會引入氣泡。
- PCB 和元件相關原因：焊盤氧化、元件引腳鍍層不良、PCB 板翹曲。汽車電子的功率器件焊盤通常較大，容易氧化，而引腳鍍層如果不均勻，會導致潤濕性差異，形成空洞。
- 工藝相關原因：回流焊溫度曲線不合理、印刷工藝不當、貼裝壓力過大。預熱階段溫度過低，助焊劑無法充分分解，會產(chǎn)生氣體；印刷時焊膏量過多，會導致氣體無法排出。
- 環(huán)境相關原因：生產(chǎn)環(huán)境濕度大、氧氣濃度高。濕度大時，焊膏會吸收水汽，焊接時水汽蒸發(fā)形成氣泡；氧氣濃度高會導致焊盤和焊粉氧化，影響潤濕性。
針對以上原因，從材料、工藝、設計三個方面給出具體解決方法：
材料方面：
- 選擇高品質(zhì)的無鉛焊膏：建議選擇焊粉粒徑為 2 號粉（38-53μm）的焊膏，比細粉更不容易形成空洞；助焊劑選擇高活性、低揮發(fā)的配方，能有效去除氧化層，減少氣體產(chǎn)生。
- 優(yōu)化焊盤和元件的鍍層：PCB 焊盤建議采用 ENIG（化學鍍鎳金）或 OSP（有機保焊膜）工藝，ENIG 鍍層的潤濕性和抗氧化性更好，適合功率器件；元件引腳建議采用鍍錫或鍍鎳工藝，避免使用氧化嚴重的鍍層。
- 控制生產(chǎn)環(huán)境：生產(chǎn)環(huán)境的濕度控制在 40%-60%，溫度控制在 20-25℃；對于汽車電子的關鍵產(chǎn)品，建議使用氮氣回流焊，氧氣濃度控制在 1000ppm 以下，減少氧化。
工藝方面：
- 優(yōu)化焊膏印刷工藝：印刷速度控制在 20-30mm/s，刮刀壓力控制在 0.1-0.2MPa，確保焊膏均勻覆蓋焊盤；印刷后放置時間不超過 2 小時，避免焊膏吸收水汽。
- 優(yōu)化貼裝工藝：貼裝壓力控制在 0.2-0.4N，避免壓力過大導致焊膏被擠壓到焊盤外；對于功率器件，建議使用真空吸嘴，確保元件與焊盤緊密接觸。
- 優(yōu)化回流焊溫度曲線：這是降低空洞率的核心。建議采用五段式溫度曲線：預熱階段（120-150℃）保持 30-40 秒，去除溶劑；恒溫階段（150-180℃）保持 60-90 秒，激活助焊劑；升溫階段（180-210℃）保持 20-30 秒，緩慢升溫；回流階段（210-255℃），峰值溫度 245-255℃，保持 20-30 秒；冷卻階段以 3-5℃/s 的速率冷卻。重點是延長恒溫階段的時間，讓助焊劑充分分解，排出氣體。
- 加強檢測：采用 X-Ray 檢測焊點空洞，對于功率器件，空洞率控制在 5% 以下；發(fā)現(xiàn)空洞率超標的產(chǎn)品，及時調(diào)整工藝參數(shù)。
設計方面：
- 優(yōu)化焊盤設計：功率器件的焊盤不宜過大，建議焊盤面積為元件引腳面積的 1.2-1.5 倍；在焊盤上設置排氣孔，直徑為 0.1-0.2mm，便于氣體排出。
- 優(yōu)化 PCB 板設計：減少 PCB 板的翹曲度，控制在 0.3% 以內(nèi)；在功率器件周圍設置散熱焊盤，增強熱傳導，避免局部溫度過高。
- 優(yōu)化元件布局：功率器件與其他元件的間距≥2mm，避免熱干擾；避免在功率器件焊盤下方布置過孔，防止氣體從過孔排出時形成空洞。
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