焊点气泡危害及其产生原因

3. 空洞產生原因之五
表面處理
表面處理層防氧化不到位﹐導致 焊接時候空洞較多。 OSP等有機表面處理會由于有機膜 裂解而產生空洞。
裸銅板會由于氧化而生成大量氣泡
OSP膜在焊接時若不能被焊錫及時趕出焊盤 則可能裂解生成大量微洞
3. 空洞產生原因之六
回流時間
回流時間對氣泡產生量的影響:
1、較長的回流時間有利於氣泡的逃溢；
Void (%)
5% 4% 3% 2% 1% 0%
0
SnPb63-37 SnPb10-90
5
10
15
Relative activator content
資料來源 : <無鉛回焊問題與對策> by 白蓉生
3. 空洞產生原因之二
三成員(引腳、焊錫、PCB PAD)吸水、氧化
吸水：水在加熱時汽化，在焊 點內形成很大的氣泡，甚至能使 相鄰的錫球由於焊錫溢出而短 路。
Aged at 150 °C: after 3 days
Aged at 150 °C: after 20 days
圖片來源﹕Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability by Kejun Zeng,
空洞對焊點的危害較大，統計分析顯示，與空洞有關的失效佔到了 PCBA失效的20%；
1.空洞及其危害
空洞的兩種危害﹕
1.減少有效焊接面積﹐削弱焊接強度﹐降低可靠性。
焊點強度/可靠性下降
2.推擠焊錫﹐導致焊點間短路。
焊點短路
2.空洞允收標準
焊點內的空洞可以用切片﹑X-Ray等手段觀察到。 空洞的判定一般使用X-RAY影像來裁決，允收標準一般針對BGA錫球 內的氣泡。 IPC-A610D要求從top view觀察﹐空洞面積不可超過球面積的25%。
3. 空洞產生原因之七
柯肯達爾（Kirkendall）現象
柯肯達爾孔洞機理﹕
不等量原子擴散
空位
圖片來源﹕Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability by Kejun Zeng,
盤上via導致氣泡
解決1：電Leabharlann Baidu填孔
解決2：控深鑽孔
解決3：塞孔鍍銅
3. 空洞產生原因之四
PTH破孔
波峰焊時，PTH孔壁上的破孔 向外吹氣稱為吹孔。
PTH的破孔一般與鑽孔﹑鍍銅 等流程有關﹐由於PCB基材需要 經過許多濕制程，難免會從破孔 處吸入水汽、化學物質，這些物 質在高溫下可能放出大量的氣體。
吸水、氧化 PAD設計(盤上via) 破孔 表面處理 回流時間 柯肯達爾現象
引用自Tamura研究成果
3. 空洞產生原因之一
助焊劑活性不足
錫膏中的助焊劑殘渣未及排出 熔融的焊錫，在高溫下裂解形 成氣泡。
活性較強的助焊劑能抑制氣泡 的形成---強活性的助焊劑使潤 濕速度加快，減少助焊劑殘渣 被焊錫包裹的機會。
２ＲＣＯＯＨ ＋ ＳｎＯ
（ＲＣＯＯ）２Ｓｎ ＋ Ｈ２Ｏ↑
(2) Flux中的有機酸酯化反應生成水
ＲＣＯＯＨ ＋ Ｒ´ＯＨ
ＲＣＯＯＲ´ ＋ Ｈ２Ｏ↑
(3) 受潮
有機物裂解：
Flux殘留有機物質在焊接高溫中裂解產生氣體。
引用自Tamura研究成果
3. 空洞產生原因
助焊劑活性不足 三成員(引腳、焊錫、PCB PAD)
氧化： 1、使得助焊反應更劇烈，形成更多的 氣泡； 2、氧化不易完全清除，潤濕速度較 慢，不利與氣泡外排； 3、由於拒焊而形成氣泡集中。
3. 空洞產生原因之三
PAD設計(盤上via)
SMT時，焊錫覆蓋在via上，via內部空氣難以逃溢。 此種氣泡國際規范已予允收(J-STD-001D)<面積小於25%>。
扇貝型Cu6Sn5 IMC
After reflow
連續的Cu6Sn5和Cu3Sn IMC
Aged at 150 °C: after 3 days
圖片來源﹕Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability by Kejun Zeng,
3. 空洞產生原因之九
柯肯達爾現象（Kirkendall equation）
柯肯達爾孔洞的兩種生成機制﹕ 1.基底Cu擴散﹕ 焊接完成后焊點的Cu6Sn5 IMC層呈扇貝型﹐在后續的老化中 IMC會由于Cu底不斷向Sn中擴散而生長﹐Cu擴散使得在Cu與 IMC的界面產生空位﹐這些空位聚集起來就會形成孔洞。
焊點氣泡的危害及其產生原因
http://www.docin.com/sundae_meng
主要內容
1.空洞及其危害 2.空洞允收標準 3.空洞產生原因 4.空洞致焊點失效案例
1.空洞及其危害
Lead
Pin
PCB
PCB
一般SMT 焊點內的空洞
BGA錫球內的空洞
空洞是焊點中常見的現象；
PTH 焊點內的空洞
2、時間過長的回流會加劇助焊劑裂解；
3、PAD再氧化形成更多氣泡。
Temperature () Temperature ()
profile A
300 250 200 150 100
profile B
300 250 200 150 100
50
50
0
0
60
120
180
240
300
・ Peak tempTimeer(s)ature : 260℃
・ TOL : 45 seconds
0
0
60
120
180
240
300
360
420
・ Peak tempTimee (rs)ature : 235℃
・ TOL : 70 seconds
引用自Tamura研究成果
3. 空洞產生原因之七
柯肯達爾（Kirkendall）現象
焊点IMC內部的一些微小的孔洞随着时间的积累越来越大， 越來越多﹐最后会连成一条细缝，导致焊点断裂。这种现象， 就是柯肯達爾(Kirkendall)效应。
25%area
2.空洞允收標準
IPC-7095A 對BGA錫球中氣泡允收標準有較細致的定義
Type B Type A
Incoming
Type D Type C Type E
After PCA Reflow
3. 空洞產生機理
空洞產生的一般原因是焊錫熔融時生成了氣體。
氣體來源﹕
水汽：
(1) Flux與金属氧化物(SnO/CuO) 反應後產生水分