分析PCBA贴片加工中焊点产生空洞(气泡)的原因

在PCBA贴片加工中，无论是回流焊接还是峰值焊接，PCBA焊点冷却后都不可避免地会出现一些空洞（气泡）。焊点空洞的主要原因是焊剂中有机物热解产生的气泡不能及时逸出。回流区消耗了助焊剂，焊膏的粘度也发生了很大变化。此时，焊料中的助焊剂开裂，导致高温开裂后气泡不及时溢出，包装在焊点内，冷却后出现空洞。

1、助焊剂活性的影响

由于焊剂中溶液的有机物在高温下裂解，气泡难以逃逸，导致气体被包裹在合金粉末中。从过程中可以看出，热有机物产生气泡的主要方式有：焊膏中的助焊剂、其他有机物、峰值焊助焊剂或杂质等。上述有机物在高温下分解产生气体。由于气体比例相当小，焊接时气体会漂浮在焊料表面，气体最终会逃逸，不会停留在合金粉末表面。然而，焊接时必须考虑焊料的表面张力和待焊接部件的重力。因此，结合锡膏的表面张力和部件的重力，分析为什么气体不能从合金粉末表面逃逸，最终形成空洞。如果有机物产生的气体浮力低于焊料的表面张力，焊剂中的有机物在高温下热解后，气体会被焊球包围，气体会被焊球深深吸收，然后气体难以逃逸，形成空洞现象。

2、与PCB焊层氧化水平有关

PCB焊接层的表面氧化和污垢水平越大，焊接后PCBA焊点产生的空洞就越多。由于焊接层的氧化水平越高，焊接材料表面的氧化物需要更强的活性剂。特别是对于OSP（有机溶剂防腐剂）的表面处理，OSP垫上的有机保护膜难以去除。如果焊接层表面的氧化物不能及时去除，氧化物就会留在焊接材料的表面。此时，氧化物会防止合金粉末与焊接金属表面接触，最终形成不良的拒绝焊接现象。表面氧化严重，高温分解的有机气体隐藏在合金粉末中。同时，无铅界面张力大，合金比例相对较大，气体难以逃逸，气体将被合金粉末包围。必须防止焊膏和待焊接金属表面的氧化物。否则，就没有其他方法来减少空洞的形成。

3、溶剂沸点的影响

无论是峰值焊前还是锡膏本身的溶剂，两者之间的沸点直接关系到PCBA焊点空洞的大小和产生空洞的概率。溶剂的沸点越小，产生间隙的可能性就越大。因此，可以选择沸点高的溶剂来防止汽蚀。如果溶剂的沸点较低，溶剂会在恒温区或回流区挥发，只留下高粘度、难以移动的有机物，必须包围。因此，在选择焊膏时，尽量选择高沸点溶剂的焊膏，以减少空洞现象的发生。

4、与焊接时间有关

Sn63-Pb37焊料浸渍时间很短，约为0.67s，SnagCu焊料的浸渍时间约为1.5s，同时，无铅焊料表面张力大，移动速度慢，焊料的润湿性和扩散性比铅焊料差。在这些前提下，有机物热解产生的气体很难逸出，气体将完全包围在合金层中。当然，无铅焊料气泡的概率远远大于铅，这也是无铅焊接工艺在PCBA贴片加工中应用的难题和挑战。

5、锡膏吸入空气中水分过多引起的锡膏

焊锡膏应以正确的方式使用。从冰箱中取出锡膏后，应在室温下(25℃)±3℃）保存至少4小时。预热锡膏时，记住锡膏盖不能提前打开，锡膏不能加热预热。同时，防止吸入空气中的水分。焊膏必须在网上使用前搅拌。其目的是使合金粉末和焊剂搅拌均匀。在搅拌过程中，时间不宜过长（约3-5min），搅拌力不宜过大。如果时间过长，强度过大，合金粉末可能会被压碎，导致焊膏中的金属粉末氧化。如果焊膏粉被氧化，再流焊后出现空洞的概率会大大增加。印刷后，锡膏不能在空气中放置太久（一般在2小时内），否则锡膏吸水过多会增加空洞的概率。可见，焊膏的标准化使用非常重要，必须按照焊膏的正确使用方法进行，否则PCBA回流焊后的焊接缺陷会大大增加。因此，焊膏的标准化使用将是保证各种焊接质量的前提，必须高度重视。

随着PCBA贴片加工业的快速发展，元器件密度越来越高，PCB基板层数越来越多，这对PCBA贴片加工工艺提出了新的挑战。对于PCBA的可靠性，一旦焊点的空洞面积超过IPC标准，不仅会影响元器件的机械性能，还会影响整个商品的电气性能。空洞会给焊点带来不可估量的风险。因此，PCBA加工厂严格控制PCBA焊点的空洞（气泡）非常重要，必须高度重视。