冷却速率对无铅再流焊焊点质量的影响
史建卫，江留学，梁永君，杨建民，柴勇
（日东电子科技（深圳）有限公司）
摘要：无铅再流焊中冷却速率影响焊点力学性能及可靠性。快速冷却可以细化组织，间接控制金属间化合物厚度和形态，影响焊点断裂模式，提高焊点综合性能。但由于元件与PCB等材料的热不匹配性而造成的较大应力，易造成元件或焊点失效等。本文通过对文献中研究结果的总结，设计了炉冷、空冷和水冷等几种再流焊冷却方式，并对焊点进行了强度测试和组织成分分析，建议工业用最佳冷却斜率控制在3～6℃/s。
关键词：冷却速率；无铅再流焊；金属间化合物；焊点质量；应变速率
Effect of Cooling Rate on Solder Joint Quality
In Lead-free Reflow Soldering
Shi Jianwei1, Jiang Liuxue, Liang Yongjun, Yang Jianming, Chai Yong
（Sun East Electronic Technology Company Lt.d）
Abstract: Cooling rate affects mechanic property and reliability of solder joint markedly in lead-free reflow soldering. Rapid cooling rate can fine structure, control indirectly thickness and modality of intermetallic compound, affect failure style and reinforce performance of solder joint, but stress induced by mismatching between components and PCB materials brings about invalidation of produce. The paper summarizes the work of documents and projects a experiment of oven cooling, air cooling and water cooling for reflow soldering, tests solder joints strength and analyzes metallograph of interface compound as well. The optimums cooling rate is 3 to 6 Celsius per seconds in electronic industry.
Key words: Cooling Rate; Lead-free Reflow Soldering; Intermetallic Compound (IMC); Solder Joint
Quality; Strain Rate
1 引言
无铅化电子组装给传统组装工艺带来了一次变革，包括材料、设备及工艺各个方面，设计、生产及检测等各个阶段，均出现了新的要求与规范。就焊接工艺而言，无铅再流焊后的冷却速率问题引起了业界的广泛关注。众多研究表明，快的冷却速率有利于焊点力学性能和可靠性的改善与提高。但在实际生产中，一方面考虑焊接设备结构设计所能达到的冷却能力，另一方面考虑快速冷却产生的负面影响，比如元件爆裂和分层失效等。最佳冷却速率的研究迫在眉睫，值得注意的是，本文所述冷却速率是指焊点冷却到钎料熔点以下30℃或更多这一区间的平均斜率，无铅焊接中常以180℃为基准，也有以150℃为基准的，一般认为温度低于此值后焊点组织结构不再发生明显变化。
2 冷却速率对焊点质量的影响
2.1 冷却速率对焊点强度的影响
Denis Barbini等人对不同冷速下焊点组织结构进行研究发现：由快速冷却（2.5 ℃/s）过渡到慢速冷却（0.5 ℃/s），焊点组织由均质向离散变化，金属间化合物由薄变厚、由平滑变粗糙。对冷速为2.5 ℃/s 下有铅样品和无铅样品进行热循环后强度测试，发现剪切强度中位数分别降低23％和17％，无铅钎料抗蠕变性能优于有铅钎料。对于无铅焊点，快速冷却形成的细小富锡枝状晶和锡基体中弥散的细小Ag3Sn 等颗粒使焊点抗断裂强度提高，从而改善抗蠕变性能；慢速冷却形成粗大的晶粒，在焊点基体内和界面层出现Ag3Sn、Cu6Sn5或Ni3Sn4等块状金属间化合物（如图1），容易产生裂纹并快速扩展，导致可靠性下降。
S.K.Kang等人试验发现：快速冷却（3 ℃/s）增加极限拉伸强度和0.2%应力，提高焊点剪切强度20%之多，有的甚至高达50%左右；增强Sn0.7Cu、Sn3.5Ag、Sn3.5Ag0.7Cu及Sn4.0Ag0.5Cu无铅钎料可靠性。观察Sn3.5Ag和Sn4.0Ag0.5Cu微观结构和应力值变化，发现Sn3.5Ag钎料中晶界滑移机制在变形
过程中并不明显，抗蠕变性能的提高主要是弥散分布的Ag3Sn颗粒起到了强化作用。值得注意的是，慢速冷却降低了Sn0.7Cu、Sn3.5Ag无铅钎料和纯锡的剪切强度，但会轻微增加Sn37Pb钎料的剪切强度，这一现象要联系合金的变形机理来分析。小应变下晶界产生划移，大应变下位错产生划移。当位错产生划移占主导时，细颗粒结构会导致较高的材料强度；当晶界产生划移占主导时，大颗粒结构会导致较高的材料强度。
2.2 冷却速率与应变速率之间的关系
Maveety.J.G等人试验研究发现：快速冷却（50 ℃/s）下焊点组织对应变速率非常敏感，慢速冷却（2 ℃/s）下焊点组织延展性好，对应变速率不敏感。快速应变速率（10-3/s～10-1/s）易产生焊点硬化，提高焊点剪切强度。表1为10-1/s应变速率下快速冷却和慢速冷却焊点剪切强度的提高程度。值得注意的是10-3/s 应变速率下，Sn3.5Ag的强度和延展性均好于Sn0.7Cu和Sn37Pb，而纯锡无论是快速冷却还是慢速冷却强度都最低。
K.S. Kim等人对8.3 ℃/s、0.43 ℃/s和0.012 ℃/s三种冷却速率下的SAC合金进行剪切强度测试。图2为Sn3.5Ag0.7Cu在不同冷速下工程应力-应变曲线，应变速率在10-1/s～10-2/s之间时，快冷比慢冷强度增加了近50%。图3为不同钎料成分极限拉伸强度和0.2%应力随应变速率变化关系图，可以看出
Sn3.5Ag0.7Cu钎料抗拉强度和0.2%应力最高，这主要是因为β-Sn+Ag3Sn共晶组织的面积份数小和
Ag3Sn化合物程小颗粒均匀分布的缘故，如图4所示。此外，随着冷却速率的降低和银含量的增加，共晶组织变的粗糙，弥散纤维状Ag3Sn化合物减少，块状Ag3Sn成为主要化合物相，在低应力或温度循环条件下易碎特性容易产生缺陷。试验还发现热循环后SAC305组织没有明显的粗化，热稳定性好。因此可以通过减少Ag含量来减少块状Ag3Sn化合物，因为低Ag含量合金对冷却速率依赖性较小。
焊点热循环寿命受蠕变、疲劳、高温氧化及钎料的冶金性能等多种因素影响。热循环失效是指焊点在温度循环或功率循环过程中，由于芯片载体材料和基板材料存在明显的热膨胀系数（CTE）差异所导致的蠕变－疲劳失效。通常SMT中芯片载体材料为Al2O3陶瓷，CTE为6.0 ppm/℃，基板材料为环氧树脂/玻璃纤维FR4复合板，CTE为20.0 ppm/℃。当环境温度发生变化或元件本身工作发热冷却时，由于二者间CTE 差异，在焊点内部就产生周期性变化的应力应变过程，在疲劳和蠕变的共同作用下导致焊点的失效。
冷却速率对焊点热循环疲劳寿命和高温蠕变断裂寿命的影响趋势不尽相同。疲劳辉纹是疲劳断裂的主要特征，沿晶断口是蠕变断裂的主要特征，高温下有时也出现穿晶。金属抗疲劳性随着晶粒的细化而增加，快速冷却有利于提高应变抗力，改善焊点抗疲劳性能。金属抗蠕变性与晶粒的大小有关，冷却速率越大，晶界数目越多，沿晶裂纹的数目就增加，焊点的抗蠕变能力就降低。Young-Sun Kim等人对不同冷速下钎料断口进行SEM观察，结果发现炉冷断面断口较平坦，空洞较少，沿晶裂纹细小，滑移线细密；而水冷断面空洞、韧窝较多，有明显的剪切滑移痕迹，如图5所示。空洞的变化可能是由于炉冷冷却速率低，气体容易逸出，而水冷冷却速率快，焊剂和水分等产生的气体来不及逃逸而保存下来形成气孔或空洞，同时也产生了许多微小空位。朱颖等人试验发现水冷焊点在热循环过程中，空位会不断聚集形成较多空洞、韧窝、不平整的断面，降低了焊点的热循环寿命，但不呈现线形关系。实际焊接过程中，要求优化工艺流程，调整温度曲线，降低焊剂残留量，使快速冷却的优势得以发挥。
2.4 冷却速率对焊点组织和IMC形态及厚度的影响
X.DENG等人通过试验研究发现：水冷（106 ℃/s）和风冷（5.4 ℃/s）条件下无铅钎料/Cu界面IMC层的厚度相对炉冷（0.5 ℃/s）条件下薄，呈层状，生长面较平坦，而炉冷条件下IMC呈扇贝状，生长面厚度不均，如图6所示。IMC厚度变化之所以受冷却速率变化的影响，是因为冷速减小时相当于再流焊时间延长，界面反应和原子扩散增强，IMC厚度增加。试验还发现冷速越小，IMC形状起伏越大，对于无铅钎料/Cu界面，再流焊时间超过40s就会产生扇贝状Cu6Sn5，对SMT焊点起到劣化作用。
2.5冷却速率对成分偏析的影响
慢速冷却易产生粗糙表面、焊点内部空洞和偏析等缺陷，其主要出现在含有Zn和Bi元素的钎料中。如图7所示，SnZnBi钎料在0.018 ℃/s冷速下，内部组织产生大的空洞和Bi的严重偏析。快速冷却可以减小和防止这种缺陷，但是如果含量过高，快速冷却的作用就被弱化。图8为含不同成分Bi元素的钎料在8.3 ℃/s冷却速率下的焊点组织，可以看出当Bi含量为3wt%时快速冷却可以防止Bi偏析，但Bi含量为6wt%时，同样会出现偏析现象。赵智力等人对无铅波峰焊焊点剥离现象进行研究，试验发现，较多Bi含量的无铅钎料在快速冷却下也会产生剥离现象，如图9所示，快速冷却对剥离现象影响不是很明显。
3 不同再流焊冷却速率研究
实际工业生产中，焊接设备的冷却能力达不到上述快速冷却要求。对于无铅再流焊工艺，冷却速率在小范围内变化是否会影响焊点质量，周惠玲和徐波等研究人员选用不同种类焊膏，取峰值温度240～245℃，对QFP和片式阻容元件进行了焊后质量分析。
首先对不同冷速下QFP引脚焊点进行45°拉脱试验，之所以选择45°是原因这个角度可以有力的结合加载在焊点上的剪切和拉伸两种力而得到较为精确的测定值。徐波等人选用Sn3.5Ag、SAC305和Sn37Pb 三种焊膏，制定四种冷却速率，拉脱试验结果见表2。周惠玲等人选用水冷机制冷、循环水冷却和随炉冷却三种方式对SAC305焊点进行作业，同时为了反映冷速对焊点强度的影响程度，进行了冷速为2.5 ℃/s 时不同氧含量对Sn3.5Ag和SAC305焊点强度的影响，表3为不同条件下焊点的拉脱载荷值。从试验结果可以看出：快速冷却和低氧含量有助于提高焊点拉脱强度；当冷速大于2.8 ℃/s后焊点拉脱强度提高程度不大，而低氧含量条件下促进润湿而改善焊点几何形状，对强度影响较大；各种实验条件下，Sn3.5Ag 焊点拉脱强度都低于SAC305焊点，可能原因是SAC305中更细小的Cu6Sn5和Ag3Sn颗粒强化作用更大。
此外，研究人员还对2012型电阻进行了不同冷却速率下的推荐强度试验，结果见表4。从试验数据可得：无铅钎料焊点强度低于有铅钎料，可能的原因是由于润湿性差导致焊点几何形状不佳；Sn3.5Ag钎料在大的冷却速率下强度反而下降，可能的原因是过快的冷却导致焊点内气孔过多而强度弱化；不通无铅钎料在冷却速率大于2.1 ℃/s情况下，剪切强度都较高。
快速冷却下焊点强度提高，可以用霍尔－佩奇公式来解释。焊点强度与晶粒直径之间满足以下关系：
式中表示晶粒内部对变形的阻力，d表示晶粒直径，k为常数。
该公式表明：随着晶粒的细化，合金强度增大。
其次，根据Hall-Petch公式，合金强度的提高与晶粒大小之间的关系为：
式中为合金强度的增加值；k为材料常数；D为晶粒直径。
该公式表明：随着晶粒的细化，合金强度的增加愈大；细晶粒结晶的韧性与抗热疲劳性能远比粗晶粒好。
冷却速率同时也影响结晶时二次枝晶的间距和大小。枝晶间距主要受凝固时间的影响，满足以下关系：
式中SDAS为二次枝晶的间距，t s为凝固时间，k为与材料有关的常量。根据凝固原理，增加冷却速率，相当于减少凝固时间，从而减小了二次枝晶的间距。
图10为三种不同冷却方式下枝晶的微观组织，水冷几乎没有生成二次枝晶，β-Sn晶粒结构细小，且生长具有一定的方向性，但被IMC隔断而不连续，原因是由于冷却速率很快，各个部分基本是同时形核，使各部分来不及相互扩散就已凝固。风冷和空冷都会导致二次枝晶的生成，随着冷却速率的降低，凝固时间延长，扩散作用增强，二次枝晶间距和大小增加，枝晶间距的增加同时表征了共晶网络在焊点中百分含量的增加，同时Ag3Sn颗粒从球形向针状转变。水冷增大了形核率而抑制了Ag3Sn颗粒长大，故形成的组织为球形，而风冷和空冷条件下Ag3Sn细小颗粒从β-Sn基体上析出聚合长大，并具有一定的方向性，最终形成针状。
凝固时间还与合金成分有关。金属凝固时固相析出率可用Scheil’s方程预测：
式中为温度，为纯金属温度，为液相温度，为固体含量份数，为平衡分布系数。图11为SAC合金DSC曲线，可以看出SAC305合金熔点范围在217～221℃之间，且在218～221℃间变的较平缓，有额外的吸热反应，即相变吸热，在较宽的温度范围内有新相生成，固体含量份数增加。根据图12所示 SAC合金温度与固体质量份数关系图，可以看出在温度下降的过程中，SAC305依次经历L→
L+βSn→L+βSn+Ag
3Sn→L+βSn+Ag
3
Sn+ Cu
6
Sn
5
几个阶段，在3和4阶段有化合
物Ag
3Sn析出，如果温度下降过慢，首先形成的Ag
3
Sn颗粒就会长大成为块沉淀，
影响焊点力学性能和可靠性
钢筋电阻点焊 一、概念 钢筋电阻点焊——将两钢筋安放成交叉叠接形式，压紧于两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，加压形成焊点的一种压焊方法。 二、施工操作工艺 1、混凝土结构中钢筋焊接骨架和钢筋焊接网，宜采用电阻点焊制作。 2、钢筋焊接骨架和钢筋焊接网可由HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、HRB500、CRB550钢筋制成。 3、当两根钢筋直径不同时，焊接骨架较小钢筋直径小于或等于10mm时，大、小钢筋直径之比不宜大于3；当较小钢筋直径为12～16mm时，大、小钢筋直径之比不宜大于2。 4、焊接网较小钢筋直径不得小于较大钢筋直径的0.6倍。 5、电阻点焊的工艺过程中，应包括预压，通电、锻压三个阶段。 6、焊点的压入深度应为较小钢筋直径的18%～25%。 7、在点焊生产中，应经常保持电极与钢筋之间接触面的清洁平整；当电极使用变形时，应及时修整。 三、质量标准 1、每件制品的焊点脱落、漏焊数量不得超过焊点总数的4%，且相邻两焊点不得有漏焊及脱落； 2、应量测焊接骨架的长度和宽度，并应抽查纵、横方向3～5个网格的尺寸，焊接骨架长度、宽度和高度允许偏差值分别为±10㎜、±5㎜、±5㎜。骨架受力主筋间距和排距允许偏差值分别为±15㎜、±5㎜。 3、焊接网外形尺寸检查和外观质量检查结果，应符合下列要求： （1）接网间距的允许偏差取±10mm和规定间距的±5%的较大值。网片长度和宽度的允许偏差取±25mm和规定长度的±0.5%的较大值。网片两对角线之差不得大于10mm；网格数量应符合设计规定；
（2）接网焊点开焊数量不应超过整张网片交叉点总数的1%，并且任一根钢筋上开焊点不得超过该支钢筋上交叉点总数的一半。焊接网最外边钢筋上的交叉点不得开焊； （3）接网表面不应有影响使用的缺陷。当性能符合要求时，允许钢筋表面存在浮锈和因矫直造成的钢筋表面轻微损伤。 钢筋闪光对焊 一、概念 钢筋闪光对焊——将两钢筋以对接形式安放在对焊机上，利用电阻热使接触点金属熔化，产生强烈闪光和飞溅，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。 二、施工操作工艺 1、根据钢筋品种，直径和所用对焊机功率大小，可选用连续闪光焊、预热闪光焊、闪光预热闪光等对焊工艺.对于可焊性差的钢筋，对焊后宜采用通电热处理措施，以改善接头塑性。 ⑴连续闪光焊 当钢筋直径小，钢筋牌号低，在表1规定范围内，可采用连续闪光对焊。 工艺流程包括:连续闪光和顶锻施焊时，先闪合一次电路，使两钢筋端面轻微接触，促使钢筋间隙中产生闪光，接着徐徐移动钢筋，使两钢筋端面仍保持轻微接触，形成连续闪光过程.当闪光达到规定程度后(烧平端面，闪掉杂质，热至熔化)，即以适当压力迅速进行顶锻挤压，焊接接头即告完成。 连续闪光焊所能焊接的钢筋上线直径，应根据焊机容量、钢筋牌号等具体情况而定，并应符合表1的要求。 表1连续闪光焊钢筋上限直径
附件2：焊缝外观质量检查要求 1、适用范围：本守则适用于起重机械及其它钢结构的手工电弧焊、埋弧自动焊的外观质量检查，当图样工艺或技术条件另有规定时不受本要求限制。 2、检查工具：（１）焊缝检验尺（２）钢直尺 3、检查方法： （1）焊工施焊完毕后，应将熔渣和两侧飞溅清理干净，进行自检，并按规定打上焊工代号钢印，然后交检验员检验，经检验合格后，方可转入后道工序。 （2）应对焊缝表面缺陷，如裂纹、表面气孔、咬边、弧坑和焊瘤等进行宏观检查，必要时（可疑处）用五倍以上放大镜仔细观察。焊缝外形尺寸（焊缝宽度、宽度差、焊缝高度、高度差）应用焊接检验卡尺进行检查。 （3）测量咬边深度，用钢直尺测咬边长度。 （4）检查焊缝的错边量。如钢板焊后产生角变形，可用钢直尺量得空隙尺寸，用三角函数计算出角变形度数（可预先计算好，列出空隙尺寸与度数的对应值）。 （5）用钢直尺从基准线量至焊缝隙中心，经测量焊缝的不直度和中心偏移量。 4、表面质量要求： （1）焊缝外观形状、尺寸、平直度应符合技术标准和设计图纸的规定。 （2）焊缝表面和热影响区不得有裂纹，未熔合、夹渣、气孔、烧穿和焊瘤。自动焊表面不得有未焊透、咬边和凹坑。焊缝上的熔渣和两侧的飞溅必须清除干净。 （3）焊缝与母材应圆滑过渡。 （4）Ｔ形角焊缝的焊脚尺寸应符合技术标准和设计图样要求，外形应平滑过渡。 （5）焊缝的咬边深度不得大于0.5mm，咬边的连续长度不得大于100mm，焊缝两侧咬边的总长度，不得超过该焊缝长度的15%。 （6）焊缝不得有低于母材的凹瘤，低于母材的凹瘤深度不得大于0.5mm，凹瘤的连续长度不得大于10mm，凹瘤的总长度不得大于该焊缝总长度的10%。 5、焊缝尺寸及其偏差的规定 （1）平焊缝余高应≤3mm，余高差≤2mm。 （2）对接焊缝的宽度，其下限以填满焊缝坡口而不产生边缘未熔合为原则，其上限为坡口宽度加4mm。宽度差≤3mm。 （3）焊缝的不直度不得大于３mm，且不应有明显突变，在1m长度上只允许一个
无铅焊接的质量和可靠性分析 前言： 传统的铅使用在焊料中带来很多的好处，良好的可靠性就是其中重要的一项。例如在常用来评估焊点可靠性的抗拉强度，抗横切强度，以及疲劳寿命等特性，铅的使用都有很好的表现。在我们准备抛弃铅后，新的选择是否能够具备相同的可靠性，自然也是业界关心的主要课题。 一般来说，目前大多数的报告和宣传，都认为无铅的多数替代品，都有和含铅焊点具备同等或更好的可靠性。不过我们也同样可以看到一些研究报告中，得到的是相反的结果。尤其是在不同PCB焊盘镀层方面的研究更是如此。对与那些亲自做试验的用户，我想他们自然相信自己看到的结果。但对与那些无能力资源投入试验的大多数用户，又该如何做出选择呢？我们是选择相信供应商，相信研究所，还是相信一些形象领先的企业？我们这回就来看看无铅技术在质量方面的状况。 什么是良好的可靠性？ 当我们谈论可靠性时，必须要有以下的元素才算完整。 1．使用环境条件（温度、湿度、室内、室外等）； 2．使用方式（例如长时间通电，或频繁开关通电，每天通电次数等等特性）； 3．寿命期限（例如寿命期5年）； 4．寿命期限内的故障率（例如5年的累积故障率为5%）。 而决定产品寿命的，也有好几方面的因素。包括： 1． DFR（可靠性设计，和DFM息息相关）； 2．加工和返修能力； 3．原料和产品的库存、包装等处理； 4．正确的使用（环境和方式）。 了解以上各项，有助于我们更清楚的研究和分析焊点的可靠性。也有助于我们判断其他人的研究结果是否适合于我们采用。 由于以上提到的许多项，例如寿命期限、DFR、加工和返修能力等等，他人和我的企业情况都不同，所以他人所谓的‘可靠’或‘不可靠’未必适用于我。而他人所做的可靠性试验，其考虑条件和相应的试验过程，也未必完全符合我。这是在参考其他研究报告时用户所必须注意的。 您的无铅焊接可靠性好吗？
JESMAY 培训资料 焊接质量检验标准焊接在电子产品装配过程中是一项很重要的技术，也是制造电子产品的重要环节之一。它在电子产品实验、调试、生产中应用非常广泛，而且工作量相当大，焊接质量的好坏，将直接影响到产品的质量。电子产品的故障除元器件的原因外，大多数是由于焊接质量不佳而造成的。因此，掌握熟练的焊接操作技能对产品质量是非常有必要的。（一）焊点的质量要求：保证焊点质量最关键的一点，就是必应该包括电气接触良好、机械接触牢固和外表美观三个方面，对焊点的质量要求，须避免虚焊。1．可靠的电气连接锡焊连接不是靠压力而是靠焊接过程形成牢固连接的合金层达到电焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段。气连接的目的。如果焊锡仅仅是堆在焊件的表面或只有少部分形成合金层，也许在最初的测试和工作中不易发现焊点存在的问题，这种焊点在短期内也能通过电流，但随着条件的改变和时间的推移，接触层氧化，脱离出现了，电路产生时通时断或者干脆不工作，而这时观察焊点外表，依然连接良好，这是电子仪器使用中最头疼的问题，也是产品制造中必须十分重视的问题。2．足够机械强度为保证被焊件在受振动或冲击时不至脱落、同时也是固定元器件，保证机械连接的手段。焊接不仅起到电气连接的作用，松动，因此，要求焊点有足够的机械强度。一般可采用把被焊元器件的引线端子打弯后再焊接的方法。作为焊锡材料的铅锡2。要想增加强度，就要有足够的，只有普通钢材的合金，本身强度是比较低的，常用铅锡焊料抗拉强度约为3-4.7kg/cm10% 连接面积。如果是虚焊点，焊料仅仅堆在焊盘上，那就更谈不上强度了。3．光洁整齐的外观并且不伤及导线的绝缘层及相邻元件良好桥接等现象，良好的焊点要求焊料用量恰到好处，外表有金属光泽，无拉尖、的外表是焊接质量的反映，注意：表面有金属光泽是焊接温度合适、生成合金层的标志，这不仅仅是外表美观的要求。 主焊体所示，其共同特点是：典型焊点的外观如图1①外形以焊接导线为中心，匀称成裙形拉开。 焊接薄的边缘凹形曲线焊料的连接呈半弓形凹面，焊料与焊件交界处平② 滑，接触角尽可能小。③表面有光泽且平滑。1图④无裂纹、针孔、夹渣。焊点的外观检查除用目测（或借助放大镜、显微镜观测）焊点是否合乎上述标准以外，还包括以下几个方面焊接质量的；导线及元器件绝缘的损伤；布线整形；焊料飞溅。检查时，除检查：漏焊；焊料拉尖；焊料引起导线间短路（即“桥接”）目测外，还要用指触、镊子点拨动、拉线等办法检查有无导线断线、焊盘剥离等缺陷。（二）焊接质量的检验方法：⑴目视检查目视检查就是从外观上检查焊接质量是否合格，也就是从外观上评价焊点有什么缺陷。目视检查的主要内容有： 是否有漏焊，即应该焊接的焊点没有焊上；① ②焊点的光泽好不好； ③焊点的焊料足不足；(a)(b) ④焊点的周围是否有残留的焊剂；正确焊点剖面图2图6-1 JESMAY 培训资料
无铅焊点在器件级与板级的可靠性：测试，分析，和面向可靠性设计 李世玮博士 培训目标与内容 无铅焊目前是电子制造业中主要的焦点之一，从有铅焊转变到无铅焊并不仅仅是单纯的材料代换而已，它还带来了许多可靠性方面的困扰。本课程将介绍当前最关紧要的无铅焊点认证与可靠性的议题，培训重点将放在器件级与板级的测试方法与失效分析。同时也将介绍有限元仿真与焊点面向可靠性设计相关的观念和知识。本课程的教材是以讲师所著的三本书“Chip Scale Packages”，“Microvias for Low-Cost High-Density Interconnects”，和“Electronics Manufacturing with Lead-Free, Halogen-Free, and Conductive Adhesive Materials”的内容为主轴，并加上他近期的研究成果以及与业界互动的心得。所有参加本课程的人士都将会收到一份详尽的讲义。具体内容包括： (1)无铅焊的概观与现况检讨 (2)试验数据的处理与统计分析 (3)认证测试与可靠性测试 (4)器件级焊点测试 (5)板级焊点测试 (6)高速推球与拉球测试和板级跌落试验的相关性 (7)机板与PC板应变量测 (8)有限元仿真与分析 (9)焊点面向可靠性设计的观念与作法 (10)回顾与总结 适合培训人员 本课程主要是为表面贴装，品质管制，可靠性测试与失效分析等相关行业里的研究员，工程师，技术经理所设计。 课程特色 在本培训课程中，将会着重于让学员瞭解下列相关知识： ?认证测试与可靠性测试的不同 ?如何正确处理测试数据和进行统计分析 ?各种器件级与板级焊点可靠性的测试方法 ?热老化与多次回流对焊点的影响 ?如何从器件级焊点强度测试评估板级跌落试验的表现 ?机板与PC板应变量测 ?瞭解仿真分析的角色 ?焊点面向可靠性设计的观念
焊点的质量及检查 对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械接触牢固和外表美观三个 方面，保证焊点质量最关键的一点，就是必须避免虚焊。 第一节 虚焊产生的原因及其危害 虚焊是指焊料与被焊物表面没有形成合金结构，只是简单地依附在被焊金属 的表面上，如图3-1-1所示。虚焊主要是由待焊金属表面的氧化物和污垢造成的， 它的焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现时好时坏的不 稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。 此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内， 保持接触尚好，因 此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件推选用下，接触表面逐步被氧 化，接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热， 局部温度 升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化， 最终甚至使焊点脱落，电路完全 不能正常工作。这一过程有时可长达一、二年。 据统计数字表明，在电子整 机产品故障中，有将近一半是由 于焊接不良引起的，然而，要从 一台成千上万个焊点的电子设 备里找出引起故障的虚焊点来， 这并不是一件容易的事。所以， 虚焊是电路可靠性的一大隐患， 必须严格避免。进行手工焊接操 作的时候，尤其要加以注意。 一般来说造成虚焊的主要原因为: 不够；被焊接处表面未预先清洁好，镀锡不 牢；烙铁头的温度过高或过低，表面 有氧化层；焊接时间太长或太短，掌握得不好；焊接中焊锡尚未凝固时，焊接元 件松动。 第二节 对焊点的要求 电子产品的组装其主要任务是在印制电路板上对电子元器件进行焊锡， 焊点 的个数从几十个到成千上万个，如果有一个焊点达不到要求，就要影响整机的质 量，因此在焊接时，必须做到以下几点： 1 ?可靠的电气连接 焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段。锡焊连接不是靠压力而 是靠焊接过程形成牢固连接的合金层达到电气连接的目的。 如果焊锡仅仅是堆在 焊件的表面或只有少部分形成合金层，也许在最初的测试和工作中不易发现焊点 存在的问题，这种焊点在短期内也能通过电流，但随着条件的改变和时间的推移， 接触层氧化，脱离出现了，电路产生时通时断或者干脆不工作， 而这时观察焊点 外表，依然连接良好，这是电子仪器使用中最头疼的问题， 也是产品制造中必须 图3-1-1虚焊现象 焊锡质量差；助焊剂的还原性不良或用量 a 与引线浸润不良 b 与印制板浸润不良
课程设计IV 设计说明书 教材质量评价系统的数据库设计和数据操作 学生姓名 学号 班级 成绩 指导教师 数学与计算机科学技术学院 2014年6月27日
课程设计任务书 2013—2014学年第2学期 课程设计名称：课程设计Ⅳ 课程设计题目：教材质量评价系统的数据库设计和数据操作 完成期限：自2014 年 6 月16 日至2014 年 6 月27 日共 2 周 设计内容： 教材质量评价系统，要求系统具有登录、教材质量评价、查询、统计和后台维护功能。其中登录功能要求有教师和学生两种不同身份登录。教材质量评价分教师（专家）评价和学生评价。查询功能可按课程名称查看该教材的质量评价信息，也可以按班级查看一个班级对教材的质量评价信息，还可以查询院系所承担的所有课程的评价信息，并能将查询结果打印出来。统计功能可按教材统计学生对各个观测点的打分合计和观测点的平均值，还可以按院系统计各个院系所征订教材的平均得分，最高分和最低分。后台维护功能要求能管理教师信息、学生信息、课程信息、教材信息、开课学期、院系、班级和专业等。根据以上要求完成下列题目： 针对以上的需求运用数据流图和数据字典进行需求分析。设计数据库的概念结构。设计数据库的逻辑结构。设计数据库的物理结构。在SQL SERVER中建立数据库。根据查询和统计的需要，建立数据库中的视图。根据数据操作需要，建立数据库中的存储过程。建立数据库的备份作业，要求在每天2：00备份数据库。根据题目的需求，写出完成各个功能操作的SQL语句。 指导教师：教研室负责人： 课程设计评阅
摘要 设计一个教材质量评价系统，该系统具有登录、教材质量评价、查询、统计和后台维护功能。采用SQL Server 2005作为数据库系统，来开发教材质量评价系统的数据库设计和数据操部分，用简单sql 语句来实现教材质量评价信息的插入、信息的查询等操作。 关键词：教材质量评价系统；sql server 2005；数据库系统
焊接质量检验方法和标准1目的 规定焊接产品的表面质量、焊接质量、确保产品满足客户的要求， 适用范围：适用于焊接产品的质量认可。 2责任 生产部门，品质部门可参照本准则对焊接产品进行检验。 一、熔化极焊接表面质量检验方法和标准 CO2保护焊的表面质量评价主要是对焊缝外观的评价，看是否焊缝均匀，是否有假焊、飞溅、焊渣、裂纹、烧穿、缩孔、咬边等缺陷，以及焊缝的数量、长度以及位置是否符合工艺要求，具体评价标准详见下表
二、焊缝质量标准 保证项目 1、焊接材料应符合设计要求和有关标准的规定，应检查质量证明书及 烘焙记录。 2、焊工必须经考核合格，检查焊工相应施焊条件的合格证及考核日期。 3、I 、II级焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收 规范的规定，检验焊缝探伤报告 焊缝表面I、II级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。II级焊缝不得有表面气孔夹渣、弧坑、裂纹、电焊擦伤等缺陷，且I级焊缝不得有咬边，未焊满等缺陷 基本项目 焊缝外观：焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡
平滑，焊渣和飞溅物清除干净。 表面气孔：I、II级焊缝不允许；III级焊缝每50MM长度焊缝内允许直径≤0.4t；气孔2个，气孔间距≤6倍孔径 咬边：I级焊缝不允许。 II级焊缝：咬边深度≤0.05t,且≤0.5mm,连续长度≤100mm，且两侧咬边总长≤10%焊缝长度。 III级焊缝：咬边深度≤0.1t,，且≤1mm。 注：，t为连接处较薄的板厚。 三、焊缝外观质量应符合下列规定 1一级焊缝不得存在未焊满、根部收缩、咬边和接头不良等缺陷，一级和二级焊缝不得存在表面气孔、夹渣、裂纹、和电弧擦伤等缺陷 2二级焊缝的外观质量除应符合本条第一款的要求外，，尚应满足下表的有关规定 3 三级焊缝应符合下表有关规定 焊缝质量等级 检测项目二级三级 未焊满≤0．2+0．02t 且≤1mm，每 100mm 长度焊缝内未焊满累积长度≤25mm ≤0．2+0．04t 且≤2mm，每 100mm 长度焊缝内未焊满累积长度≤25mm 根部收缩≤0．2+0．02t 且≤1mm，长度不限≤0．2+0．04t 且≤2mm，长度不限 咬边≤0．05t 且≤0．5mm，连续长度≤100mm，且焊缝两侧咬边总长
焊接质量检验标准 焊接在电子产品装配过程中是一项很重要的技术，也是制造电子产品的重要环节之一。它在电子产品实验、调试、生产中应用非常广泛，而且工作量相当大，焊接质量的好坏，将直接影响到产品的质量。 电子产品的故障除元器件的原因外，大多数是由于焊接质量不佳而造成的。因此，掌握熟练的焊接操作技能对产品质量是非常有必要的。 （一）焊点的质量要求： 对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械接触牢固和外表美观三个方面，保证焊点质量最关键的一点，就是必须避免虚焊。 1．可靠的电气连接 焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段。锡焊连接不是靠压力而是靠焊接过程形成牢固连接的合金层达到电气连接的目的。如果焊锡仅仅是堆在焊件的表面或只有少部分形成合金层，也许在最初的测试和工作中不易发现焊点存在的问题，这种焊点在短期内也能通过电流，但随着条件的改变和时间的推移，接触层氧化，脱离出现了，电路产生时通时断或者干脆不工作，而这时观察焊点外表，依然连接良好，这是电子仪器使用中最头疼的问题，也是产品制造中必须十分重视的问题。 2．足够机械强度 焊接不仅起到电气连接的作用，同时也是固定元器件，保证机械连接的手段。为保证被焊件在受振动或冲击时不至脱落、松动，因此，要求焊点有足够的机械强度。一般可采用把被焊元器件的引线端子打弯后再焊接的方法。作为焊锡材料的铅锡合金，本身强度是比较低的，常用铅锡焊料抗拉强度约为3-4.7kg/cm 2 ，只有普通钢材的10%。要想增加强度，就要有足够的连接面积。如果是虚焊点，焊料仅仅堆在焊盘上，那就更谈不上强度了。 3．光洁整齐的外观 良好的焊点要求焊料用量恰到好处，外表有金属光泽，无拉尖、桥接等现象，并且不伤及导线的绝缘层及相邻元件良好的外表是焊接质量的反映，注意：表面有金属光泽是焊接温度合适、生成合金层的标志，这不仅仅是外表美观的要求。 典型焊点的外观如图1所示，其共同特点是： ① 外形以焊接导线为中心，匀称成裙形拉开。 ② 焊料的连接呈半弓形凹面，焊料与焊件交界处平 滑，接触角尽可能小。 ③ 表面有光泽且平滑。 ④ 无裂纹、针孔、夹渣。 焊点的外观检查除用目测（或借助放大镜、显微镜观测）焊点是否合乎上述标准以外，还包括以下几个方面焊接质量的检查：漏焊；焊料拉尖；焊料引起导线间短路（即“桥接”）；导线及元器件绝缘的损伤；布线整形；焊料飞溅。检查时，除目测外，还要用指触、镊子点拨动、拉线等办法检查有无导线断线、焊盘剥离等缺陷。 （二）焊接质量的检验方法： ⑴目视检查 目视检查就是从外观上检查焊接质量是否合格，也就是从外观上评价焊点有什么缺陷。 目视检查的主要内容有： ① 是否有漏焊，即应该焊接的焊点没有焊上； ② 焊点的光泽好不好； ③ 焊点的焊料足不足； ④ 焊点的周围是否有残留的焊剂； 图2正确焊点剖面图 凹形曲线 主焊体 焊接薄的边缘 图1 (a) (b)
教师教学质量评估表（学生用） 授课教师课程名称 项目序 号 评估指标系 数 等级 很 好 10 好 9 较 好 7 有 待 提 高 5 差 2 教书育人1 教学责任心强，以身作则，为人师表 1 2 引导学生端正学习态度，指导学生采用有效的学 习方法 0.5 3 注重学生个性发展，因材施教0.5 教学基本功4 教姿教态端正0.5 5 普通话授课，语言准确、生动，板书工整0.5 6 讲授逻辑清楚、条理清晰，教学时间分配合理0.5 教学内容7 讲授知识系统、准确，重点突出，说理充分 1 8 密切联系实际，内容熟练充实、信息量大，举例 恰当 1 9 认真布置、批改作业，定期组织答疑0.5 教学方法10 教法灵活，讲课通俗易懂，能引导、启发学生积 极思维 0.5 11 合理运用现代化辅助教学手段0.5 教学管理12遵守学院规章制度，按时上下课0.5 13 课堂教学组织严密，管理严格0.5 教学效果14 能够完成教学任务，学生能够接受并掌握课程内 容 1 15 学生能初步运用课程内容解决本学科或相关学科 中的具体问题 0.5 16 促进了学生思维能力和学习能力的提高 0.5 合计
教师教学质量评估表（教师自评用）授课教师课程名称 项目序 号 评估指标系 数 等级 很 好 10 好 9 较 好 7 有 待 提 高 5 差 2 教书育人1 教学责任心强，以身作则，为人师表 1 2 引导学生端正学习态度，指导学生采用有效的学 习方法 0.5 3 注重学生个性发展，因材施教 0.5 教学基本功4 普通话授课，语言准确、生动，板书工整 0.5 5 讲授逻辑清楚、条理清晰，教学时间分配合理 0.5 教学准备6 对教材研究透彻,系统地阅读与学科有关的专业著 作以及教学方法参考资料 1 7 理解教学目标与教学大纲,备课充分 0.5 8 电子课件设计清晰、简明，图文并茂0.5 教学内容9 讲授知识系统、准确，重点突出，说理充分 1 10 密切联系实际，内容熟练充实、信息量大，举例 恰当 0.5 11 认真布置、批改作业，定期组织答疑 0.5 教学方法12 讲课通俗易懂,能引导学生积极思维,激发学生学 习兴趣 0.5 13 合理运用现代化辅助教学手段 0.5 教学管理14遵守学院规章制度，按时上下课 0.5 15 课堂教学组织严密，管理严格 0.5 教学效果16 学生能理解和掌握课程内容，并能够灵活运用 0.5 17 促进了学生思维能力和学习能力的提高 0.5 合计
无铅焊点可靠性测试方法 随着电子信息产业的日新月异，微细间距器件发展起来，组装密度越来越高，诞生了新型SMT、MCM技术，微电子器件中的焊点也越来越小，而其所承载的力学、电学和热力学负荷却越来越重，对可靠性要求日益提高。电子封装中广泛采用的SMT封装技术及新型的芯片尺寸封装（CSP）、焊球阵列（BGA）等封装技术均要求通过焊点直接实现异材间电气及刚性机械连接（主要承受剪切应变），它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。 一个焊点的失效就有可能造成器件整体的失效，因此如何保证焊点的质量是一个重要问题。传统铅锡焊料含铅，而铅及铅化合物属剧毒物质，长期使用含铅焊料会给人类健康和生活环境带来严重危害。 目前电子行业对无铅软钎焊的需求越来越迫切，已经对整个行业形成巨大冲击。无铅焊料已经开始逐步取代有铅焊料，但无铅化技术由于焊料的差异和焊接工艺参数的调整，必不可少地会给焊点可靠性带来新的问题。因此，无铅焊点的可靠性也越来越受到重视。本文叙述焊点的失效模式以及影响无铅焊点可靠性的因素，同时对无铅焊点可靠性测试方法等方面做了介绍。 焊点的失效模式 焊点的可靠性实验工作，包括可靠性实验及分析，其目的一方面是评价、鉴定集成电路器件的可靠性水平，为整机可靠性设计提供参数；另一方面，就是要提高焊点的可靠性。这就要求对失效产品作必要的分析，找出失效模式，分析失效原因，其目的是为了纠正和改进设计工艺、结构参数、焊接工艺等，焊点失效模式对于循环寿命的预测非常重要，是建立其数学模型的基础。下面介绍3种失效模式。 1、焊接工艺引起的焊点失效 焊接工艺中的一些不利因素及随后进行的不适当的清洗工艺可能会导致焊点失效。SMT 焊点可靠性问题主要来自于生产组装过程和服役过程。在生产组装过程中，由于焊前准备、
电子元器件焊接质量检验标准
焊接质量检验标准 焊接在电子产品装配过程中是一项很重要的技术，也是制造电子产品的重要环节之一。它在电子产品实验、调试、生产中应用非常广泛，而且工作量相当大，焊接质量的好坏，将直接影响到产品的质量。 电子产品的故障除元器件的原因外，大多数是由于焊接质量不佳而造成的。因此，掌握熟练的焊接操作技能对产品质量是非常有必要的。 （一）焊点的质量要求： 对焊点的质量要求，应该包括电气接触良好、机械接触牢固和外表美观三个方面，保证焊点质量最关键的一点，就是必须避免虚焊。 1．可靠的电气连接 焊接是电子线路从物理上实现电气连接的主要手段。锡焊连接不是靠压力而是靠焊接过程形成牢固连接的合金层达到电气连接的目的。如果焊锡仅仅是堆在焊件的表面或只有少部分形成合金层，也许在最初的测试和工作中不易发现焊点存在的问题，这种焊点在短期内也能通过电流，但随着条件的改变和时间的推移，接触层氧化，脱离出现了，电路产生时通时断或者干脆不工作，而这时观察焊点外表，依然连接良好，这是电子仪器使用中最头疼的问题，也是产品制造中必须十分重视的问题。 2．足够机械强度 焊接不仅起到电气连接的作用，同时也是固定元器件，保证机械连接的手段。为保证被焊件在受振动或冲击时不至脱落、松动，因此，要求焊点有足够的机械强度。一般可采用把被焊元器件的引线端子打弯后再焊接的方法。作为焊锡材料的铅锡合金，本身强度是比较低的，常用铅锡焊料抗拉强度约为3-4.7kg/cm2，只有普通钢材的10%。要想增加强度，就要有足够的连接面积。如果是虚焊点，焊料仅仅堆在焊盘上，那就更谈不上强度了。 3．光洁整齐的外观 良好的焊点要求焊料用量恰到好处，外表有金属光泽，无拉尖、桥接等现象，并且不伤及导线的绝缘层及相邻元件良好的外表是焊接质量的反映，注意：表面有金属光泽是焊接温度合适、生成合金层的标志，这不仅仅是外表美观的要求。 典型焊点 的外观如图1所示，其共同特点是： ①外形 以焊 接导 线为 中心， 匀称 成裙 形拉 开。 ②焊料 的连 接呈 半弓凹形曲线 主焊体 焊接薄的边缘
焊接质量检验方法和标准 1目的 规定焊接产品的表面质量、焊接质量、确保产品满足客户的要求， 适用范围：适用于焊接产品的质量认可。 2责任 生产部门，品质部门可参照本准则对焊接产品进行检验。 一、熔化极焊接表面质量检验方法和标准 C O2保护焊的表面质量评价主要是对焊缝外观的评价，看是否焊缝均匀，是否有假焊、飞溅、焊渣、裂纹、烧穿、缩孔、咬边等缺陷，以及焊缝的数量、长度以及位置是否符合工艺要求，具体评价标准详见下表 缺陷类型说明评价标准 假焊系指未熔合、未连接焊缝中断等焊接缺陷（不能 保证工艺要求的焊缝长度）不允许 气孔焊点表面有穿孔焊缝表面不允许有气孔 裂纹焊缝中出现开裂现象不允许 夹渣固体封入物不允许 咬边焊缝与母材之间的过度太剧烈H≤0.5mm允许 H＞0.5m m不允许 烧穿母材被烧透不允许 飞溅金属液滴飞出在有功能和外观要求的区域， 不允许有焊接飞溅的存在
过高的焊缝凸起焊缝太大H值不允许超过3mm 位置偏离焊缝位置不准不允许 配合不良板材间隙太大H值不允许超过2mm 二、焊缝质量标准 保证项目 1、焊接材料应符合设计要求和有关标准的规定，应检查质量证明书及烘焙 记录。 2、焊工必须经考核合格，检查焊工相应施焊条件的合格证及考核日期。 3、I 、II级焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收规范的 规定，检验焊缝探伤报告 焊缝表面I、II级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。II级焊缝不得有表面 气孔夹渣、弧坑、裂纹、电焊擦伤等缺陷，且I级焊缝不得有咬边，未焊满等缺陷 基本项目 焊缝外观：焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。 表面气孔：I、II级焊缝不允许；III级焊缝每50MM长度焊缝内允许直径 ≤0.4t；气孔2个，气孔间距≤6倍孔径 咬边：I级焊缝不允许。 II级焊缝：咬边深度≤0.05t,且≤0.5mm,连续长度≤100mm，且两侧咬边总长≤10%焊缝长度。 III级焊缝：咬边深度≤0.1t,，且≤1mm。 注：，t为连接处较薄的板厚。
S M T焊点检验标准 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
海翔瑞通科技有限公司 企业技术标准 Q/ SMT焊点检验标准 2009-12-20发布 2010-1-1实施 北京海翔瑞通科技有限公司 版权所有侵权必究
目次 前言 (3) 1 范围 5 2 规范性引用文件 5 3 术语和定义 5 冷焊点 5 浸析 5 4回流炉后的胶点检查 6 5 焊点外形7 片式元件——只有底部有焊端7 片式元件——矩形或正方形焊端元件——焊端有1、3或5个端面10 圆柱形元件焊端16 无引线芯片载体——城堡形焊端20 扁带“L”形和鸥翼形引脚23 圆形或扁平形（精压）引脚29 “J”形引脚32 对接 /“I”形引脚37 平翼引线40 仅底面有焊端的高体元件41 内弯L型带式引脚42 面阵列/球栅阵列器件焊点44 通孔回流焊焊点46 6 元件焊端位置变化48 7 焊点缺陷49 立碑49 不共面49 焊膏未熔化50 不润湿（不上锡）(nonwetting) 50 半润湿（弱润湿/缩锡）(dewetting) 51 焊点受扰51 裂纹和裂缝52 针孔/气孔52 桥接（连锡）53 焊料球/飞溅焊料粉末54 网状飞溅焊料55 8 元件损伤56 缺口、裂缝、应力裂纹56 金属化外层局部破坏58
浸析(leaching) 59 9 上下游相关规范60 10 附录60 11 参考文献60
前言 本子标准是Q/DKBA3200-2001《PCBA检验标准》的九个子标准之一。 本子标准与Q/《THT焊点检验规范》等八个子标准共同构成Q/DKBA3200-2001《PCBA检验标准》。 本子标准的大部分内容属于原Q/DKBA-Y008-1999《PCBA外观质量检验标准》的第10章，经过一年半的实践，又参考IPC－A－610C第12章重新修订而成。 相对于前一版本的变化是图形增加，更加清晰，叙述逻辑性增强。个别地方内容也有变动。在合格性判断等级方面增加了“工艺警告”级。 本标准由工艺委员会电子装联分会提出。 本标准主要起草人：邢华飞、张源、李江、姜平、陈冠方、陈普养、饶秋池、李石茂、肖振芳、韩喜发、黄玉荣 本标准审核人：蔡祝平、张记东、辛书照、陈国华、王界平、曹曦、周欣、郭朝阳 本标准批准人：吴昆红 本标准执行：现场工艺和质量部门可根据具体需要制定操作指导书执行。 本标准主要使用部门：供应链管理部，中试部。 本标准责任部门：供应链管理部质量工艺部。
无铅焊点可靠性分析 单位： 姓名： 时间：
无铅焊点可靠性分析 摘要：主要介绍了Sn-Ag-Cu合金焊接点发生失效的各种表现形式，探讨失效发生与影响可靠性的各种原因及如保在设计及制程上进行改进以，改善焊点的可靠性，提高产品的质量。 关键词：焊点；失效；质量；可靠性 前言：电子产品的“轻、薄、短、小”化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。 目前，环保问题也受到人们的广泛关注，在电子行业中，无铅焊料的研究取得很大进展，在世界范围内已开始推广应用，无铅焊料与有铅焊料相比，其润湿性差、焊接温度，形成的焊点外观粗糙等不利因素。因此对其焊点品质也是一个大家很关注的问题。中将就Sn-Ag-Cu焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行探讨。 一、无铅焊点的外观评价 在印刷电路板上焊点主要起两方面作用。一是电连接，二是机械连接。良好的焊点就是应该是在电子产品的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。良好的焊点外观表现为： （1）良好的润湿； （2）适当的焊料，完全覆盖焊盘和焊接部位； （3）焊接部件的焊点饱满且有顺畅连接的边缘； 二、寿命周期内焊点的失效形式 产品在其整个寿命期间内各个时期的故障率是不同的, 其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线, 也称浴盆曲线（见下图） 如上图所示，产品寿命的曲线总共分为三个阶段早期故障期，偶然故障期，耗损故障期。 1）、早期故障期：在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且具有迅速下降的特征。。 这一阶段产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投入使用后很容易较快暴露出来。可以通过加强质量管理及采用筛选等办法来减少甚至消灭早期故障。
焊点的质量与可靠性 电子产品的“轻、薄、短、小”化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。 目前，在电子行业中，虽然无铅焊料的研究取得很大进展，在世界范围内已开始推广应用，而且环保问题也受到人们的广泛关注，但是由于诸多的原因，采用Sn-Pb焊料合金的软钎焊技术现在仍然是电子电路的主要连接技术。文中将就Sn-Pb焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行较全面的介绍。 1 焊点的外观评价 良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。其外观表现为： （1）良好的润湿 （2）适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位（或焊端），元件高度适中； （3）完整而平滑光亮的表面。原则上，这些准则适合于SMT中的一切焊接方法焊出的各类焊点。此外焊接点的边缘应当较薄，若焊接表面足够大，焊料与焊盘表面的润湿角以300以下为好，最大不超过600. 2 寿命周期内焊点的失效形式 考虑到失效与时间的关系，失效形式分为三个不同的时期， 如图1所示。 （1）早期失效阶段，主要是质量不好的焊点大量发生失效，也有部分焊点是由于不当的工艺操作与装卸造成的损坏。可以通过工艺过程进行优化来减少早期失效率。
（2）稳定失效率阶段，该阶段大部分焊点的质量良好，失效的发生率（失效率）很低，且比较稳定。 （3）寿命终结伦阶段，失效主要由累积的破环性因素造成的，包括化学的、冶金的、热一机械特性等因素，比如焊料与被焊金属之间发生金属化合反应，或热一机械应力造成焊点失效。失效主要由材料的特性、焊点的具体结构和所受载荷决定。 3 焊接工艺引起的焊点失效机理 焊接工艺中的一些不利因素及随后进行的不适当的清洗工艺可能会导致焊点失效。 3.1 热应力与热冲击 波峰焊过程中快速的冷热变化，对元件造成暂时的温度差，这使元件承受热一机械应力。当温差过大时，导致元件的陶瓷与玻璃部分产生应力裂纹。应力裂纹是影响焊点长期可靠性的不利因素。 焊料固化后，PCB还必须由1800C降低到室温。由于PCB和元件之间的热膨胀系数不同，有时也会导致陶瓷元件的破裂。 PCB的玻璃化转变温度一般在1800C和室温之间（FR-4大约是1250C）。焊接后，焊接面被强制冷却，这样PCB的两面就会在同一时刻处于不同的温度。结果当焊接面到达玻璃化转变温度或以下时，另一面还在玻璃化转变温度以上，于是出现PCB翘曲的现象。PCB翘曲严重时会损坏上面的元件。 3.2 金属的溶解 在厚、薄膜混合电路（包括片式电容）组装中，常常有蚀金、蚀银的现象。这是因为焊料中的锡与镀金或镀银引脚中的金、银会形成化合物，导致焊点的可靠性降低。 许多情况下，在焊料从焊接温度冷却到固态温度的期间，有溶解的金属析出，在焊接基体内形成了脆性的金属化合物。铜生成针状的Cu6Sn5,银生成扁平的Ag3Sn,金生成AuSn4立方体。这些化合物有一个共同的特点是，就是非常脆，剪切强度极低，元件极易脱落。如果金、银含量少，生成的化合物的量不会很多，这些化合物对焊点的机械性能还不会造成太大的损害。但是含量较
焊接质量检验方法和标准 目的 ? 规定焊接产品的表面质量、焊接质量、确保产品满足客户的要求， ? 适用范围：适用于焊接产品的质量认可。 责任 ? 生产部门，品质部门可参照本准则对焊接产品进行检验。 ? 一、熔化极焊接表面质量检验方法和标准 ? ? 保护焊的表面质量评价主要是对焊缝外观的评价，看是否焊缝均匀，是否有假焊、飞溅、焊渣、裂纹、烧穿、缩孔、咬边等缺陷，以及焊缝的数量、长度以及位置是否符合工艺要求，具体评价标准详见下表 缺陷类型 说明 评价标准 ? 假焊 系指未熔合、未连接焊缝中断等焊接缺陷（不能 保证工艺要求的焊缝长度） 不允许 ? 气孔 焊点表面有穿孔
焊缝表面不允许有气孔 ?裂纹 焊缝中出现开裂现象 不允许 ?夹渣 固体封入物 不允许 ? 咬边 焊缝与母材之间的过度太剧烈 ??????? 允许 ? ?＞ ??不允许 ?烧穿 母材被烧透 不允许 ? 飞溅 金属液滴飞出 在有功能和外观要求的区域， 不允许有焊接飞溅的存在 ?过高的焊 缝凸起 焊缝太大 ?值不允许超过 ???
位置偏离 焊缝位置不准 不允许 ? 配合不良 板材间隙太大 ?值不允许超过 ??? ?二、焊缝质量标准 ? 保证项目 ? ?、焊接材料应符合设计要求和有关标准的规定，应检查质量证明书及烘焙记录。 ??、焊工必须经考核合格，检查焊工相应施焊条件的合格证及考核日期。 ? ?、??、??级焊缝必须经探伤检验，并应符合设计要求和施工及验收规范的规定，检验焊缝探伤报告 ?焊缝表面?、??级焊缝不得有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。??级焊缝不得有表面 气孔夹渣、弧坑、裂纹、电焊擦伤等缺陷，且?级焊缝不得有咬边，未焊满等缺陷 基本项目 焊缝外观：焊缝外形均匀，焊道与焊道、焊道与基本金属之间过渡平滑，焊渣和飞溅物清除干净。 表面气孔：?、??级焊缝不允许；???级焊缝每 ???长度焊缝内允许直径 ?? ??；气孔 个，气孔间距??倍孔径 ? 咬边：?级焊缝不允许。 ? ??级焊缝：咬边深度???????且 ???????连续长度??????，且两侧咬边总长????焊缝长度。
焊接外观检验标准 目的：统一焊接外观检验标准，确保焊接质量和检验的一致性
5.有铅焊接和无铅焊接焊点的要求与区别： 要求与区别1.无铅焊接要求焊点焊料量适中，与元器件焊端和焊盘有良好的润湿，在焊接处形成总体连续但可以是灰暗无光泽或颗粒状外观的弧形焊接表面，其连接角不大于90°，焊点牢固可靠（下图中连接角θ1和θ2小于或等于90°为可以接受，连接角大于90°为不可以接受。） 2.无铅焊接焊点的焊接表面外观和锡铅焊接不同；无铅焊接焊点表面光泽黯淡并呈颗粒状外观，锡铅焊点表面均匀连续而光亮光滑；除此之外，其他焊接质量检验判定条件相同。 3.以下内容中对于焊点的“光滑”要求均是对于锡铅焊接焊点之要求；对于无铅焊接焊点，不可接受条件中的“灰暗，无光泽”不再作为不可接受条件。 图例
6.内容： 描述项目 检验标准描述 目标条件可接受条件不可接受条件 焊接清洁度 表面外观 清洁的金属表面无钝化（氧化）现象。清洁的金属表面有轻微的钝化（氧化）现象。 1.在金属表面或安装件上存在有色焊接残留物或 锈斑。 2.存在明显的侵蚀现象。 颗粒状物体 清洁。清洁。表面残留了灰尘和颗粒物质，如：灰尘、纤维丝、 渣滓、金属颗粒等。 氯化物、碳酸 盐和白色残 留物 清洁，无可见残留物。清洁，无可见残留物。 1.在PCB表面有白色的残留物 2.在焊接端上或焊接端周围有白色残留物存在 3.金属表面有白色结晶 注：当确定其其化学性是合格的，且是文件允许的， 则是可以接受的。 残留物 残留物 侵蚀或锈斑
描述项目 检验标准描述 目标条件可接受条件不可接受条件 焊接清洁度助焊剂残留 物-免清洗 过程外观 清洁，无可见残留物。 1.助焊剂残留在连接盘、元器件引线或导线 上，或围绕在其周围，或在其上造成了桥连。 2.助焊剂残留物未影响目视检查。 3.助焊剂残留物未接近组装件的测试点。 1.助焊剂残留物影响目视检查。（2、3级缺陷） 2.免清洗残留物上留有指纹。（3级缺陷） 3.潮湿、有粘性或过多的焊接残留物，可能扩展到其 他表面。 4.在电气配件的表面，有影响电气连接的免清洗焊接 的残留物存在。 助焊剂残留 清洁，无可见残留物。 1.对需清洗焊剂而言，应无可见残留物 2.对免清洗焊剂而言，允许有焊剂残留物。 有需清洗焊剂的残留物，或者在电气连接表面有活性 焊剂残留物。 描述项目 检验标准描述 理想状况允收状况拒收状况 毛刺导线连接式 元器件 焊接点光滑饱满无毛刺，焊点大小均匀焊接点光滑饱满无毛刺，焊点大小均匀焊接点有毛刺，拒收 残留物 焊剂残留物
JNJ(GY)/WI02-001 深圳金诺嘉科技发展有限公司 PCBA焊点检验操作规范
5 焊点要求 5.1 THT焊点要求 5.1.1焊点总体要求 最佳：焊缝表面总体光滑且焊料在被焊件上充分润湿。焊接件的轮廓清晰。连 接处的焊料中间厚边上薄，焊缝形状为凹型。 图一 合格：由于焊料合金成分、引线、或电路板镀层的不同，以及工艺的不同（即 大质量的PWB冷却较慢时）焊点发暗、发灰，甚至呈有点粗糙算作合格。 焊点上的焊料应明显润湿，一般接触角应不大于90度，除非焊料量多， 不得不超出焊盘或不得不伸到阻焊膜处。 特别注意： 对于有气孔、针孔等的焊点，只要它们能满足表6-1所示的润湿性的最低要 求，则属于“工艺警告”，不属于“不合格”。 不合格：不润湿，导致焊点形成球状或珠状，象蜡面上的水珠，焊缝是凸的， 而非中间厚边上薄。即接触角大于90度。（图一所示） 特别注意： 对于有气孔、针孔等的焊点，只要它们能满足表2所示的润湿性的最低要求 则属于“工艺警告”，不属于“不合格”。 5.1.2引线伸出量: 引线伸出量不能违反最小导体间距的要求，特别注意高频应用时更应严格控制，不 能因引线折弯而引起焊点损坏，或在随后的工序操作、环境操作中刺穿防静电袋。 合格：引线伸出量在图二所示的范围内，且无违反允许的 最小电气间距 图二 不合格（支撑孔）：引线伸出量违反图二的要求。引线伸出量违反最小电气间距。 不合格（非支撑孔）：引线伸出量小于0.5mm。引线出量违反最小电气间距。如下表一是对元件引脚的支撑孔与焊盘的焊接要求： 具体要求 180° 位置环绕润湿-主面-引脚和孔壁焊锡的垂直填充引脚和内壁在辅面的周边填充和润湿焊锡主面的焊盘焊锡润湿覆盖率焊锡辅面的焊盘焊锡润湿覆盖率75% 330° 90%