PCB失效分析技术及部分案例 作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽，PCB已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。但是由于成本以及技术的原因，PCB在生产和应用过程中出现了大量的失效问题。 对于这种失效问题，我们需要用到一些常用的失效分析技术，来使得PCB在制造的时候质量和可靠性水平得到一定的保证，本文总结了十大失效分析技术，供参考借鉴。 1.外观检查 外观检查就是目测或利用一些简单仪器，如立体显微镜、金相显微镜甚至放大镜等工具检查PCB的外观，寻找失效的部位和相关的物证，主要的作用就是失效定位和初步判断PCB 的失效模式。外观检查主要检查PCB的污染、腐蚀、爆板的位置、电路布线以及失效的规律性、如是批次的或是个别，是不是总是集中在某个区域等等。另外，有许多PCB的失效是在组装成PCBA后才发现，是不是组装工艺过程以及过程所用材料的影响导致的失效也需要仔细检查失效区域的特征。 2.X射线透视检查 对于某些不能通过外观检查到的部位以及PCB的通孔内部和其他内部缺陷，只好使用X 射线透视系统来检查。X光透视系统就是利用不同材料厚度或是不同材料密度对X光的吸湿或透过率的不同原理来成像。该技术更多地用来检查PCBA焊点内部的缺陷、通孔内部缺陷和高密度封装的BGA或CSP器件的缺陷焊点的定位。目前的工业X光透视设备的分辨率可以达到一个微米以下，并正由二维向三维成像的设备转变，甚至已经有五维（5D）的设备用于封装的检查，但是这种5D的X光透视系统非常贵重，很少在工业界有实际的应用。 3.切片分析 切片分析就是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段和步骤获得PCB
焊接缺陷分析及处理 1.焊接缺陷分析及处理 机器人焊接采用的是富氩混合气体保护焊，焊接过程中出现的焊接缺陷一般有焊偏、咬边、气孔等几种，具体分析如下：(1)出现焊偏可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时，要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置，重新校零予以修正。(2)出现咬边可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调整焊枪的姿态以及焊枪与工件的相对位置。(3)出现气孔可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥，进行相应的调整就可以处理。(4)飞溅过多可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。(5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑，编程时在工作步中添加埋弧坑功能，可以将其填满。 ２.机器人故障分析与处理 在焊接过程中机器人系统遇到一些故障，常见的有以下几种： (1)发生撞枪。可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确，可检查装配情况或修正焊枪TCP。(2)出现电弧故障，不能引弧。可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小，可手动送丝，调整焊枪与焊缝的距离，或者适当调节工艺参数。 (3)保护气监控报警。冷却水或保护气供给存有故障，检查冷却水或保护气管路。 ３.焊接机器人应用经验工件质量 作为示教一再现式机器人，要求工件的装配质量和精度必须有较好的一致性。应用焊接机器人应严格控制零件的制备质量，提高焊件装配精度。零件表面质量、坡口尺寸和装配精度将影响焊缝跟踪效果。可以从以下几方面来提高零件制备质量和焊件装配精度。(1)编制焊接机器人专用的焊接工艺，对零件尺寸、焊缝坡口、装配尺寸进行严格的工艺规定。一
常见的焊接缺陷及处理办法 一、外部缺陷 一）、焊缝成型差 1、现象 焊缝波纹粗劣，焊缝不均匀、不整齐，焊缝与母材不圆滑过渡，焊接接头差，焊缝高低不平。 2、原因分析 焊缝成型差的原因有：焊件坡口角度不当或装配间隙不均匀；焊口清理不干净；焊接电流过大或过小；焊接中运条（枪）速度过快或过慢；焊条（枪）摆动幅度过大或过小；焊条（枪）施焊角度选择不当等。 3、防治措施 ⑴焊件的坡口角度和装配间隙必须符合图纸设计或所执行标准的要求。 ⑵焊件坡口打磨清理干净，无锈、无垢、无脂等污物杂质，露出金属光泽。 ⑶加强焊接联系，提高焊接操作水平，熟悉焊接施工环境。 ⑷根据不同的焊接位置、焊接方法、不同的对口间隙等，按照焊接工艺卡和操作技能要求，选择合理的焊接电流参数、施焊速度和焊条（枪）的角度。 4、治理措施 ⑴加强焊后自检和专检，发现问题及时处理； ⑵对于焊缝成型差的焊缝，进行打磨、补焊； ⑶达不到验收标准要求，成型太差的焊缝实行割口或换件重焊； ⑷加强焊接验收标准的学习，严格按照标准施工。 二）、焊缝余高不合格 1、现象 管道焊口和板对接焊缝余高大于 3 ㎜；局部出现负余高；余高差过大；角焊缝高度不够或 焊角尺寸过大，余高差过大。 2、原因分析 焊接电流选择不当；运条（枪）速度不均匀，过快或过慢；焊条（枪）摆动幅度不均匀；焊条（枪）施焊角度选择不当等。 3、防治措施 ⑴根据不同焊接位置、焊接方法，选择合理的焊接电流参数； ⑵增强焊工责任心，焊接速度适合所选的焊接电流，运条（枪）速度均匀，避免忽快忽慢； ⑶焊条（枪）摆动幅度不一致，摆动速度合理、均匀； ⑷注意保持正确的焊条（枪）角度。 4、治理措施 ⑴加强焊工操作技能培训，提高焊缝盖面水平； ⑵对焊缝进行必要的打磨和补焊； ⑶加强焊后检查，发现问题及时处理； ⑷技术员的交底中，对焊角角度要求做详细说明。 三）、焊缝宽窄差不合格 1、现象 焊缝边缘不匀直，焊缝宽窄差大于 3 ㎜。 2、原因分析 焊条（枪）摆动幅度不一致，部分地方幅度过大，部分地方摆动过小；焊条（枪）角度不合适；焊接位置困难，妨碍焊接人员视线。
焊接质量缺陷统计与分析 摘要：本文通过对以往工地特别是惠来工地焊接缺陷数据的统计，对焊接过程中出现的焊接缺陷进行了总结分析，指出在以后的焊接过程中应注意的事项，有效防止不合格焊口的产生。 焊接是大型安装工程建设中的一项关键工作，其质量的好坏、效率的高低直接影响工程的安全运行和制造工期。针对发电项目，也直接关系到发电机组的安全、稳定运行。随着火电机组设计参数的不断更新与提高，以及项目监理和业主对在建项目的介入深化，对焊接质量提出了更高的要求。对焊接过程中出现的焊接缺陷进行总结分析，预先防止不合格焊口的产生是提高焊接质量的有效手段。 一、焊接质量缺陷的分析统计 焊接质量的缺陷分内部缺陷与表面缺陷，内部缺陷主要有未焊透、未熔合、气孔、裂纹、内凹、夹渣等缺陷；表面缺陷主要有烧穿、咬边、焊缝成型差、焊缝宽窄不合格、焊缝余高超标或不足、错折口等缺陷。经初步统计，针对惠来工地在焊接过程中所产生的主要内外部缺陷有以下几种，数据和比例分析如下下表1所示： 表1 此图所示焊接缺陷出现的几率因特殊情况又有不同。合金含量的高低也会影响产生焊接缺陷的几率，如高合金材质焊口出现焊接裂纹、过烧的缺陷较多；施工环境也会影响焊接质量，在沿海潮湿多风的地方，出现气孔、条孔等焊接缺陷相对较多。 二、常见焊接缺陷出现的原因及预防措施 内部缺陷 （一）气孔、条孔：气孔属于体积性缺陷，它主要是削弱焊缝的有效截面积，降低焊缝的机械性能和强度，尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性，也破坏了金属的致密性。 原因：(1) 被焊工件或母材未彻底清楚干净，焊接过程中，本身产生的气体或外部气体进入熔池，在熔池凝固前未及时溢出熔池而残留在焊缝中；(2) 在空气相对湿度较大情况下也有微小的水珠,在熔池冶金过程中,非金属元素形成非金属氧化物,由于气体在金属中的溶解度随温度降低而减少,在结晶过程中部分气体来不及逸出,气泡残留在金属内形成了气孔。 预防措施： (1) 焊条按照材质证明书进行烘焙，装在专用保温筒内，随用随取； (2) 焊缝坡口符合要求，彻底清除焊口及母材表面的油污和铁锈等杂质，直至发出金属光泽； (3) 注意周围焊接施工环境，搭设防风防雨设施，焊接管子时无穿堂风； (4) 氩弧焊时，氩气纯度不低于99.95％，并注意氩气保护效果，氩气流量合适； (5) 焊前对工机具进行仔细检查，防止焊枪、皮管等漏气；
1. 影响焊接缺陷的因素 （1）材料因素: 所谓材料因素是指被焊的母材和所使用的焊接材料，如焊丝、焊条、焊剂、以及保护气体等。所有这些材料在焊接时都直接参与熔池或熔合区的物理化学反应，其中母材本身的材质对热影双区好性能起音决定性的影响。显然所采用的焊接材料对焊缝金属的成份和性能也是关键的因素。好果焊接材料与母材匹配不当，则不仅可以引起焊接区内的至纹、气孔等各种缺陷，而且也可能可起脆化、软化或耐腐蚀等性能变化。所以，为保证获得良好的焊接接头，必须对材料因素予以充分的重视。 （2）工艺因素： 大量的实践证明，同一种母材在采用不同的焊接方法和工艺措施的条件下，其焊接质量会表现出很大的差别。焊接方法对焊接质量的影响主要可能在两方面：首先是焊接热源的特点，也就是功率密度、加热最高温度、功率大小等，它们可直接改变焊接热循环的各项参数，如线能量大小、高温停留时间、相变温度区间的冷却速度等。这些当然会影响接头的组织和性能;其次是对熔池和附近区域的保护方式，如熔渣保护、气体保护、气-渣联合保护或是在真空中焊接等，这些都会影响焊接冶金过程。显然，焊接热过程和冶金过程必然对接头的质量和性能会有决定性的影响。 2.常见焊接缺陷的原因分析 （1）结晶裂纹 从金属结晶理论知道，先结晶的金属纯度比较高，后结晶的金属杂质较多，
并富集在晶粒周界，而且这些杂质具有较低的熔点，例如，一般碳钢和低合金钢的焊缝含硫量较高时，能形成FeS，而FeS与Fe发生作用形成熔点只有988℃的低熔点共晶。在焊缝金属凝固过程中，低熔点共晶被排挤在晶界上，形成“液态薄膜”由于液态薄膜的存在减弱了晶间之间的结合力，晶粒间界的液态薄膜便成了薄弱地带。又因为焊缝金属在结晶的同时，体积在减小，周围金属的约束引起它的收缩而引起焊缝金属受到拉伸应力的作用下，于是相应地产生了拉伸变形。若此时产生的变形量超过了晶粒边界具有的变形塑性时，即可沿这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。 可见，产生结晶裂纹的原因就在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果。因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的根源，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件。 至于近缝区的结晶裂纹，原则上与焊缝上的结晶裂纹时一致的。在焊接条件下，近缝区金属被加热到很高的温度，在熔合区附近达到半熔化状态。当母材金属含有易熔杂质时，那么在近缝区金属的晶界上，同样也会有低熔共晶存在。这时在焊接热的作用下，将会发生熔化，相当于晶粒间的液态薄膜，与此同时，在拉伸应力的作用下就会开裂。 焊缝上的结晶裂纹和近缝区的结晶有着相互依赖和相互影响的关系。近缝区的结晶裂纹可能是焊缝结晶裂纹的起源。 结晶裂纹的影响因素：通过以上分析可知，结晶裂纹的产生取决于焊缝金属在脆性温度区间的塑性和应变，前者取决于冶金因素，后者取决于力的因素。力的主作用是产生结晶裂纹的的必要条件，只有在力的作用下产生的应变超过材料的最大变形能力时，才会开裂。首先需要分析冶金因素。
SMT焊点可靠性研究 前言 近几年﹐随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术(SMT)的飞速发展﹐SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。 与通孔组装技术THT(Through Hole Technology)相比﹐SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后﹐填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性﹐镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素﹐一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。但在表面组装技术中﹐铅料的填缝尺寸相对较小﹐铅料的圆角(或称边堡)部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用﹐焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多﹐铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。 另外﹐表面组装技术中大尺寸组件(如陶瓷芯片载体)与印制线路板的热膨胀系数相差较大﹐当温度升高时﹐这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。如果温度超过铅料的使用温度范围﹐则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。对于小尺寸组件﹐虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低﹐但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为(蠕变和应力松弛)存在着蠕变损伤失效。因此﹐焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。 80年代以来﹐随着电子产品集成水平的提高,各种形式﹑各种尺寸的电子封装器件不断推出﹐使得电子封装产品在设计﹑生产过程中,面临如何合理地选择焊盘图形﹑焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。同时﹐迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断﹑对工艺参数的设置做出决策。目前﹐在表面组装组件的封装和引线设计﹑焊盘图形设计﹑焊点铅料量的选择﹑焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则﹐对工艺参数的选择﹑焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。因此﹐迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径﹐有效地提高表面组装技术的设计﹑工艺水平。 研究表明﹐改善焊点形态是提高SMT焊点可靠性的重要途径。90年代以来﹐关于焊点形成及焊点可靠性分析理论有大量文献报导。然而﹐这些研究工作都是专业学者们针对焊点
材料失效分析
关于散装无铅焊料的脆性到塑形断裂的 转变温度的研究 姓名：肖升宇专业：材料科学与工程学号：0926000333 摘要 断裂韧性的散装锡，锡铜无铅焊料，锡银和测量功能温度通过一个摆锤冲击试验（冲击试验）。韧脆断裂转变他们发现，即急剧变化，断裂韧性，相比没有转变为共晶锡铅。过渡温度高纯锡，Sn-0.5%铜和Sn-0.5%铜（镍）合金在- 125℃含有Aｇ的焊料显示过渡在较高温度：在范围78到45–°–°C最高转变温度45℃–°测定锡- 5%银，这是球以上的只有30–°角的增加的银内容变化的相变温度较高的值，这可能与高SnAg3颗粒体积分数的焊料的量。这些结果被认为是非常重要的选择最好的无铅焊料组合物。 简介 由2006年七月份。铅的使用电子在欧洲将被禁止，以及无铅焊料应取代锡铅焊料，常用于微电子领域超过50年。许多以Sn为基体的焊料针对于过去几年进行深入研究，如锡银，铜，Sn-Ag-Cu等等，特别是关于其可靠性，工作是远远没有完成。自从这个“软”铅被从焊料中提取出来之后，导致无铅焊料不容易变行和增长了当地积累的应力水平，这也增加了裂缝成核的概率。这显着影响着主要焊点的失效模式，即焊料疲劳。这是众所周知的一些金属松动的低温延性，并表现出脆性断裂模式。因此，韧性到脆性转变温度是一个重要参数。
至于我们的知识，只有现有无铅合金的数据，见迈耶[1]，显示出锡5％银的转变温度为-25°，相比没有过渡锡，铅-1.5Ag93.5％。这其实是相当令人失望，因为许多标准热 循环试验开始温度低至-40甚至-60℃，这会影响故障模式。此外，这个温度范围也有一些应用程序，例如航天。“本文的目的是研究几大部分含铅量焊料的脆性到韧性骨折转变温度。 实验 众所周知的一个摆锤冲击试验，“摆锤试验”，用以确定在断裂消耗的能源量，这是一个断裂韧性的措施材料，如温度的功能。“实验装置如图1所示。 对７种合金材料做了测试，结果如下： ·99.99wt.%Sn ·Sn-0.7wt.%Cu, ·Sn-0.7wt.%Cu (0.1wt.%Ni) ·Sn-3wt%Ag-0.5wt%Cu, ·Sn-4wt%Ag-0.5wt%Cu ·Sn-5wt%Ag ·Sn-37wt.%Pb,作为参考 根据所进行的测试ASTM E23标准的V型缺口样品大小为 10x10x55mm。对于某些样本大小为5x5x55mm的合金被使用，由于只有有限的物质可用。锤能量为50J和冲击速度为3.8米/秒。能源锤358J被用于多次测量时吸收能量大于50J。结果是由截面样品表面正
SMT焊点疲劳失效机理分析 随着电子产品组装密度越来越高，承担机械与电气连接功能的焊点尺寸越来越小，而任意一个焊点的失效就有可能造成器件甚至系统的整体失效。因此焊点的可靠性是电子产品可靠性的关键之一。在实际中，焊点的失效通常由各种复杂因素相互作用引发，不同的使用环境有不同的失效机理，广州贴片厂多年经验得知，焊点的主要失效机理包括热致失效、机械失效和电化学失效等。 热致失效主要是由热循环和热冲击引起的疲劳失效，高温导致的失效同样包括在内。由于表面贴装元件、PCB和焊料之间的热膨胀系数不匹配，当环境温度发生变化时或元件本身功率发热时，由于元器件与基板的热膨胀系数不一致，焊点那就会产生热应力，应力的周期性变化导致焊点的热疲劳失效。热疲劳失效的主要变形机理是蠕变，当温度超过炉点温度的一半时，蠕变就成为重要的变形机理，对于锡铅焊点而言，即使在室温时已超过熔点温度的一半，因此在热循环过程中蠕变成为主要的热变形疲劳失效机理。 相对于热循环而言，热冲击造成的失效是由不同温升速率和冷却速率给组件带来的较大附加应力而产生的。在热循环时，可以认为组件各部分的温度完全一致；而在热冲击条件下由于比热、质量、结构和加热方式等各种因素的影响，组件各部分温度不相同从而产生附加的热应力。热冲击会导致许多可靠性问题，如过载中的汗点疲劳、敷行涂覆处的裂纹导致腐蚀失效和组件故障。热冲击还有可能导致在缓慢的热循环过程中没有出现的失效形式。 机械失效主要是指由机械冲击引起的过载与冲击时效以及由机械振动引起的机械疲劳失效。当印制电路组件受到弯曲，晃动或其他的应力作用时，将可能导致焊点失效。当印制电路组件受到弯曲晃动或其他的应力作用时，将可能导致焊点失效。一般而言，越来越小的焊点是组件中最薄弱的环节。然而当它连接柔性结构如有引脚的元件到PCB上时，由于引脚可以吸收一部分应力，故焊点不会承受很大的应力。但是，当组装无引脚元件时特别是对于大面积的BGA器件，当组件受到机械冲击使，如跌落和PCB在后续的装备和测试工序中受到了较大的冲击和弯曲，而元件本身的刚性又比较强势，焊点就会承受较大的应力。特别对于无铅焊接的便携式电子产品，由于他的小体积、重量轻和易于滑落等特点是其在使用过程中更容易发生碰撞和跌落，而无铅焊料相比传统的铅锡焊料较高的弹性模量和其它不同的物理、力学特征使得无铅焊点抗机械冲击能力下降。因此对于无铅化后的便携式电子产品，及跌落冲击可靠性应该受到重视，当焊接部位受到由振动产生的机械应力反复作用时会导致焊点疲劳失效。即使这种应力远低于屈服应力水平时，也可能引起金属材料疲劳，经过大量小幅值、高频率振动循环之后，振动疲劳失效就会发生。尽管每次振动循环对焊点的破坏很小，
上海应用技术学院 研究生课程（论文类）试卷 2 0 15 / 2 0 16 学年第二学期 课程名称：材料失效分析与寿命评估 课程代码：NX0102003 学生姓名：丁艳花 专业﹑学号：材料化学工程 156081101 学院：材料科学与工程学院
凝汽器铁管管壁减薄的失效分析报告 1.失效现象描述 秦山第三核电公司1#700M W重水堆核能发电机组2A凝汽器。该凝汽器从2002年8月起投入使用,实际运行时间8年左右。根据资料记载,1#机组第3次例行大修时,管外壁减薄程度较轻,但在第4次例行大修时发现管外壁减薄程度加深,在2010年5月第5次例行大修时发现部分钛管外壁减薄现象相当明显。各机组凝汽器缺陷管主要分布在冷凝管塔式分布的最外侧。据专业人员介绍,大修后对缺陷管抽管检查后发现,管壁减薄主要集中在支撑板处,减薄位置和减薄程度各不相同。如果让异常减薄缺陷管继续运行,有可能引起管穿孔的泄漏事件。 2.背景描述 凝汽器是大型汽轮机循环设备中的重要环节。其中的冷凝管起到将蒸汽凝结成水的作用,是凝汽器中的核心部件。冷凝管一旦发生破损将导致冷却水泄露并污染循环水,从而会对整个系统的正常运行造成严重影响。因此冷凝管的选材质量决定了凝汽器的安全可靠性与使用寿命。工业纯钛作为冷凝管最常用的材料,具有良好的力学性能与耐蚀性能。在复杂运行工况下,纯钛材料仍有可能发生磨损、腐蚀等常见的材料失效现象,引发冷凝管破损并导致冷却水泄露并污染循环水,由此对凝汽器的正常运行带来安全隐患。若不找到这一过早失效的真正起因,并采取有效的防护措施,最终必将导致钛管泄漏,不但经济损失巨大,甚至有可能引发重大安全事故。 国内关于凝汽器钛管的案例的产生原因大致可分为以下几类： 第一类,由于相关方面施工建造时就存在不当操作或不当设计导致运行中出现落物砸伤或凝汽器自身运行故障。如国华太仓发电超临界机组发生凝汽器钛管泄露导致冷凝水水质不合格,其原因在于上部低压加热器表面隔板未按规定安装,导致隔板掉落砸伤引起泄露。再如未充分考虑到钛管共振问题由于钛管本身管壁极薄(0.5mm到0.7mm),强烈的震动极易导致铁管破裂引起泄露,这点在宝钢电厂与大亚湾核电站的运行中已经得到了证实此外还存在着钛管板间焊接质量不良，
常见的焊接缺陷 （1）未焊透：母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。 （2）未熔合：固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间），或者填充金属之间（多道焊时的焊道之间或焊层之间）局部未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起，有时也常伴有夹渣存在。 （3）气孔：在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体 或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。 某钢板对接焊缝X射线照相底片
V型坡口，手工电弧焊，未焊透 某钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，密集气孔 （4）夹渣与夹杂物：熔化焊接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视其形态可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。另外，在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时，钨极崩落的碎屑留在焊缝内则成为高密度夹杂物（俗称夹钨）。 W18Cr4V（高速工具钢）-45钢棒 对接电阻焊缝中的夹渣断口照片 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，局部夹渣 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，两侧线状夹渣
手工焊接操作规范及缺陷分析 1、目的 规范在制品加工中手工焊接操作，保证产品质量。 2、适用范围 生产车间需进行手工焊接的工序及补焊等操作。 3、手工焊接使用的工具及要求 3.1 焊锡丝的选择： 直径为0.8mm或1.0mm的焊锡丝，用于电子或电类焊接； 直径为0.6mm或0.7mm的焊锡丝，用于超小型电子元件焊接。 3.2 烙铁的选用及要求： 3.2.1 电烙铁的功率选用原则： 1) 焊接集成电路、晶体管及其它受热易损件的元器件时，考虑选用20W内热式电烙铁。 2) 焊接较粗导线及同轴电缆时，考虑选用50W内热式电烙铁。 3) 焊接较大元器件时，如金属底盘接地焊片，应选 100W 以上的电烙铁。 3.2.2 电烙铁铁温度及焊接时间控制要求：
1) 有铅恒温烙铁温度一般控制在280~360℃之间，缺省设置为330±10℃，焊接时间小于3秒。焊接时烙铁头同时接触在焊盘和元件引脚上，加热后送锡丝焊接。部分元件的特殊焊接要求: SMD器件：焊接时烙铁头温度为：320±10℃；焊接时间：每个焊点1~3秒。 拆除元件时烙铁头温度：310~350℃（注：根据CHIP件尺寸不同请使用不同的烙铁嘴。） DIP器件：焊接时烙铁头温度为：330±5℃；焊接时间：2~3秒 注：当焊接大功率（TO-220、TO-247、TO-264等封装）或焊点与大铜箔相连，上述温度无法焊接时，烙铁温度可升高至360℃，当焊接敏感怕热零件（LED、CCD、传感器等）温度控制在260~300℃。 2) 无铅制程 无铅恒温烙铁温度一般控制在340~380℃之间，缺省设置为360±10℃，焊接时间小于3秒，要求烙铁的回温每秒钟就可将所失的温度拉回至设定温度。 3.2.3 电烙铁使用注意事项： 1) 电烙铁不宜长时间通电而不使用，这样容易使烙铁芯加速氧化而烧断，缩短其寿命，同时也会使烙铁头因长时间加热而氧化，甚至被“ 烧死” 不再“ 吃锡” 。 2) 手工焊接使用的电烙铁需带防静电接地线，焊接时接地线必须可靠接地，防静电恒温电烙铁插头的接地端必须可靠接交流电源保护地。电烙铁绝缘电阻应大于10MΩ，电源线绝缘层不得有破损。
中原油田全油田有100多口井套管腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48mm/年。 对现场取出损坏的套管进行解剖分析。 1.套管腐蚀形貌：套管内壁分布腐蚀坑，腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形，其横断面为上宽下窄的梯形深谷状，管壁穿孔处周边锐利，界面清晰。从总体上看，套管内壁都附着黑色粘性油污，无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔，并有一定的流体冲刷作用。 2.腐蚀产物XRD分析 取套管内壁物质，洗去油污，再用丙酮清洗吹干，进行X射线衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有FeCO3和CaCO3，夹杂有NaCl和硫酸亚铁。腐蚀产物的主要成分为碳酸物，显示出套管、油管腐蚀与CO2腐蚀有关。 3.油套管材质的金相和非金属夹杂分析 采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和 元素面分析。 分析发现，大量细小球形暗灰色颗粒为Al2O3,短条状为ZnS，材质中夹杂物以二者为主。同时经电子探针元素定量分析表明，随着向腐蚀坑底的深入，表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在增大。说明生成的腐蚀产物有氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等，并随腐蚀深入呈增加趋势。 4.腐蚀试验 （一）用油田水样对套管钢和油管钢进行了动态和静态腐蚀试验，温度50o C密闭除氧试验时间7天。结果表明：动态腐蚀速度远远大于静态腐蚀速度。（二）在此基础上又进行了不同流速对腐蚀影响的试验，说明介质流动能较大的
增加体系的腐蚀。 （三）不同CO2分压下，Q235钢在3℅NaCl熔液中的腐蚀速度。表明CO2压力越大，腐蚀越严重。 结论： （1）．复杂断块油田套管腐蚀失效主要是油井高矿化度产出水中CO2腐蚀作用的结果。 （2）．套管的局部腐蚀破裂形态与钢材中夹杂物的局部分布、流体冲刷有密切关系。 （3）．综合对腐蚀形态特征的观察判断，腐蚀产物的分析，材质金相非金属夹杂分析，可以找到套管腐蚀失效的主要原因。 由上面该案例的分析可以看出，材料失效分析与基础学科及应用学科之间有密不可分的关系。在进行分析的过程中会用到物理、化学、数学等基础学科。用到化学中的电镜对腐蚀形貌进行分析；会用到数学中的数学分析，对腐蚀速度等进行分析；会涉及到物理学中的结构方面的知识；还会用到地理学进行环境分析等等。在进行失效分析过程中还会用到应用学科，如计算机类，会用到计算机进行一系列的数值分析，图像分析；还会用到应用化学中的环境检测，质量检测等技术。总之，在进行腐蚀材料失效分析时，会综合运用到基础学科的知识和应用学科的技术。 2、试用两个实际的失案例说明材料实效分析的重要性。（既有文字说明，又有图片说明，不少于800字） 案例一：一起来自水管腐蚀失效的案例：广东某钢管公司铺设的自来水管使用六年后发生穿孔泄露。 1.本起穿孔失效发生的地点和环境无规律性，对穿孔管道进行仔细观察，典型的宏观外貌是穿孔部位有一直径为10mm的锈瘤，呈黄褐色，用硬器易刮除，刮除后露出的水管外壁基本平整，可见水从管内渗出。 在锈瘤的外围是一圈黄色锈迹，锈迹外是镀锌层，其上可见分散的白色粉末。现场观察到的形貌还有一个特点，就是同一根管若出现几处结瘤，这些结瘤点的连线与水管轴向平行。 2.水样检测及钢管材质检测 取该镇两个不同地点的水样，进行PH检测以及腐蚀性检测，并与实验室水进行比较。 项目取水点1 取水点2 实验室用水 PH 6.15 6.23 6.41
BGA器件焊点开裂 一、样品描述 在测试过程中发现板上BGA器件存在焊接失效，用热风拆除BGA器件后，发现对应PCB 焊盘存在不润湿现象，见图1。 二、染色试验 焊点开裂主要发生在四个边角上，且开裂位置均为BGA器件焊球与PCB焊盘间，见表1。 金相及SEM分析见图2～图5。
四、综合分析 对所送PCBA器件焊点进行分析，均发现已失效器件和还未失效器件焊点在IMC与Ni 层的富磷层（P-Rich）间存在开裂，且镍层存在腐蚀；在焊接过程中，Sn与Ni反应生成Sn/Ni 化合物，而镍层中的磷不参与合金反应，因此多余的磷原子则会留在镍层和合金层界面，过多的P在镍和IMC界面富集将形成黑色的富磷（P-Rich）层，同时，存在的镍层腐蚀会影响焊料与镍层的结合，富磷层和镍层腐蚀的存在会降低焊点与焊盘之间的结合强度；当焊点在组装过程中受到应力时，会在焊点强度最弱处发生开裂，BGA封装角部焊点由于远离中心点，承受的应力更大，故开裂一般会先发生在角部。由于未发现板子严重翘起、器件机械损伤等异常应力作用的特征，因此导致焊点开裂的应力可能来自于回流焊接或者波峰焊接过程等环境中所受到的正常应力。 同时，同批次及相邻批次PCB样品（生产日期0725和0727）Au/Ni焊盘SEM&EDS 的分析结果也表明，PCB焊盘Ni层也存在一定腐蚀。 由以上分析可得，由于较厚富磷层（P-Rich）及镍层腐蚀的存在，将降低焊点与焊盘之间的结合强度，使得该处成为焊点强度最薄弱的地方，在受到正常应力情况下，发生开裂失效。 五、分析结论 （1）BGA器件焊接失效表现为焊点存在100%开裂，开裂位置发生在IMC与PCB焊盘Ni层的富磷层（P-Rich）间。 （2）导致BGA焊点开裂的原因是，焊点中PCB面焊盘镍层存在腐蚀以及镍层表面富磷层的存在降低了焊点与焊盘的机械结合强度，当受到正常应力作用时发生开裂失效。
焊接缺陷分析报告不合格焊口统计表： 序 号SN. 管线号 ISO NO. 焊口编 号 Weld joint NO. 焊工号 Welder NO. 焊接日期 Welding Date 制作方式 Fabrication mode 尺寸(NPS) Dimension RT委托单编号 RT Request No. RT委托单日 期RT Request Date 结果 Result 一次返修 Single repair 二次返修 不合格 焊工号 缺陷位 置 1 IOU-101-0010.081-01 56 C001 2012.08.06 F 10 CC7-C300-PC-2012-RT001 2 2012.08.10 REJ 2-3（密集气孔）C001 V 2 IOU-101-0010.017-01 14 C00 3 2012.09.02 F 16 CC7-C300-PC-2012-RT0038 2012.09.0 4 REJ 2-3（咬边、未熔）C003 V 3 IOU-101-0010.040-01 2 C005 2012.07.28 S 16 CC7-C200-PC-2012-RT0006 2012.07.30 REJ 7-0（接头未熔）C005 F 4 IOU-101-0010.081-01 54 C007 2012.08.06 F 10 CC7-C300-PC-2012-RT0012 2012.08.10 REJ 0-1、2-3、3-4 （密集气孔） C007 V 5 IOU-101-0010.106-01 1 C007 2012.08.2 6 F 12 CC7-C200-PC-2012-RT0046 2012.09.10 REJ 3-4（未焊透）C00 7 V、OH 6 IOU-101-0010.107-01 4 C008 2012.08.2 7 S 6 CC7-C200-PC-2012-RT0031 2012.08.31 REJ 2-3（密集气孔）C00 8 F 7 IOU-101-0010.012-01 14 C007/C008 2012.08.11 F 16 CC7-C200-PC-2012-RT0045 2012.09.10 REJ 4-5、5-6 （密集气孔） C008 V、OH 8 IOU-101-0010.015-01 2 C008/C005 2012.09.08 F 16 CC7-C200-PC-2012-RT0056 2012.09.18 REJ 4-5（根部凹陷）C008 OH 9 IOU-101-0010.020-01 13 C009 2012.09.01 F 16 CC7-B300E-PC-2012-RT0041 2012.09.04 REJ 2-3、4-5、5-6、 7-0（四张均为内 咬边） 3-4（密集气孔）C009 V、OH 10 IOU-101-0010.021-01 9 C007/C009 2012.09.05 F 16 CC7-B300E-PC-2012-RT0058 2012.09.18 REJ 7-0（蛀孔）C009 F
南京信息职业技术学院毕业设计论文 作者王浩学号21124P29 系部机电学院 专业电子组装技术与设备(通信设备制造) 题目回流焊常见缺陷的分析 指导教师谭淑英高晴 评阅教师 完成时间：2014年05月15 日
目录 1引言 (1) 2 影响回流焊焊接质量的因素 (1) 2.1 PCB焊盘设计 (1) 2.2焊膏质量 (1) 2.3物料的质量和性能 (2) 2.4焊接过程工艺控制 (2) 3回流焊常见缺陷及解决措施 (3) 3.1锡珠 (3) 3.2芯吸 (5) 3.3曼哈顿现象 (5) 3.4桥连 (6) 3.5空洞 (8) 3.6 PCB扭曲 (8) 结论 (9) 致谢 (9) 参考文献 (10)
1引言 表面贴装(SMT)技术作为新一代电子装联技术已经渗透到各个领域，SMT 产品具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击，高频特性好、生产效率高等 优点。 典型的SMT工艺分为三步：施加焊锡膏——贴装元器件——回流焊接，回流 焊接技术作为SMT三大主要工艺之一，其焊接品质已成为影响电子组装直通率的 关键因素，尤其是在电子产品向无铅化、微小化和高密度方向发展的时代，回流 焊是SMT技术中非常关键的步骤。在回流焊接过程中对焊接缺陷的控制，对于SMT 产品质量起着至关重要作用。 2 影响回流焊焊接质量的因素 2.1 PCB焊盘设计 回流焊的焊接质量与PCB焊盘设计有直接的的关系。如果PCB焊盘设计正确, 贴装时少量的歪斜可以在回流焊时由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正(称 为自定位或自校正效应)；相反，如果PCB焊盘设计不正确，即使贴装位置十分 准确，回流焊后反而会出现元件位置偏移、吊桥等焊接缺陷。 PCB焊盘设计要注意： （1）两端焊盘必须对称，以保证熔融焊锡表面张力平衡； （2）焊盘间距要能确保元件端头或引脚与焊盘恰当的搭接尺寸，焊盘间距 过大或过小都会引起焊接缺陷（如表1)；表1 0201焊盘设计尺寸 （3）元件端头或引脚与焊盘搭接Array后的剩余尺寸必须保证焊点能够形成 弯月面； （4）焊盘宽度应与元件端头或引 脚的宽度基本一致。 2.2 焊膏质量 焊膏是回流焊工艺必需材料，它是由合金粉末（颗粒）与糊状助焊剂载体均 匀混合而成的膏状焊料。其中合金颗粒是形成焊点的主要成分，焊剂则是去除焊 接表面氧化层，提高润湿性，确保焊膏质量的关键材料。
浅析焊接结构失效分析 摘要：焊接结构的失效除了与焊接工艺有关外，还与选材和设计有重要关系。通过失效分析发现和认识在选材、设计和施工等方面的问题，减少因脆断、疲劳、应力腐蚀、磨损等失效造成的损失。提高焊接结构产品质量是促进焊接技术发展和质量控制的重要环节。 关键词：焊接结构；失效分析程序；失效分析内容 焊接是通过加热、加压，或两者并用，用或者不用填充材料，使焊接达到结合的一种加工工艺．焊接不仅可以用于金属材料．而且可以实现某些非金属材料的永久性连接，如玻璃焊接、陶瓷焊接、塑料焊接等．随着科学技术不断进步，焊接技术作为20世纪初科学技术，在近几十年来得到了迅速发展和传播。在工业生产中多用于金属材料的连接而焊接结构失效问题也随之摆在人们面前，引起人们的广泛关注。 焊接结构的失效一是凭经验和力学性能实验不合格而报废的焊件；二是工作中发现焊缝不能继续执行其设计功能和性能的焊件。焊接结构的失效可能由断裂、磨损、腐蚀或变形引起。研究焊接失效并加以分析，目的在于找出失效的原因，制定预防此类失效发生的方案。 1失效分析程序 失效分析的第一步工作是搜集和编制有关失效焊件及其制备工作的尽可能完整的历史资料，尽可能地获得历史资料对成功做出失效的正确结论起很大的作用。搜集资料的顺序没有固定的规律可循，重要的一点是在当事人对事件的记忆犹新的时候，尽可能迅速地得到有关失效情况的所有口头报告和相关物证。 I．1调查研究 确定失效是在何时何地怎样发生的，包括所有有关操作者，了解焊接结构失效后是如何处理的，是否受到保护，断口是否做过处理，失效是否涉及到高温加热而导致焊缝和基体金属显微组织的变化。残骸碎片的相对位置，部件的畸变和损伤情况，绘制草图或拍照。了解工作历史，即负载、环境气氛的性质和工作时间的长短，是否遇到过事故，是否出现过其他类似的失效。搜集失效部件的背景资料，取得焊接接头的设计图纸及工作应力计算和工作寿命估计的资料。弄清规定的和实际采用的基体金属及焊条金属，如果可能的话，还要取得基体金属的实际化学成分、热处理方法和机械性能以及焊条金属的实际化学成分。弄清规定的和实际采用的表面清理方法和过程，取得规定的和实际应用的焊接工艺的细节，了解是否进行过焊后热处理。了解焊件经过何种加工和进行过何种实验，了解焊件的存放时间及存放条件；焊件是在什么时向进行装配的是装配的快慢速度。要求拿检验方法和检验报告的副本。发生失效后，尽早开始失效分析工作尤为重要。调查研究阶段要尽量从现场、设计、施工和记录中掌握失效事故的材料。 1．2分析失效模式 分析失效模式阶段主要是对失效焊件利用必要的化学仪器进行拍摄、测试和观察，已确定失效模式。失效模式是导致焊件失效的物理和化学变化过程。在这一过程中，焊件的局部或整体的尺寸、形状、状态和性能发生了变化。由此导致整个焊件的失效。焊件失效是内在和外柱因素共同作用的结果。内在因素是指焊件的施工和服役条件，如应力、环境和服役时间等。环境因素足指温度和介质两大岗素，时间不是独立的诱发肉素。没有力和环境因素的
常见焊接缺陷以及解决方法分析，太实用了，必须转 2016-07-09焊接切割联盟 焊接接头的不完整性称为焊接缺陷，主要有：焊接裂纹、未焊透、夹渣、气 孔和焊缝外观缺陷等。 焊前准备 构件边缘必须按规定进行准备，干净，无毛刺，无气割熔渣，无油脂或油漆，除 了车间保护底漆。接头必须干燥。几种常见焊接缺憾点焊不应该太深，点焊位置 应使其在施焊时能够重新溶合。焊前，检验员必须确保所有焊点处于良好状态，焊前必须清除坏点焊和炸裂的点焊。 低温焊接 无论使用哪种焊接方式，在低温气候下焊接（低于+5℃），必须采取如下的防 护措施，以避免低温焊接接头造成的不良效果（易脆、变硬而易裂，容易在焊接 接头上产生诸如由于快速冷却和焊缝凝固造成的小眼和熔渣等缺欠）。 1) 在不受坏天气（如风、潮湿和气流等）干扰的区域施焊
2) 干燥焊接接头以避免潮湿引起材料收缩 3) 焊接接头预热，以减缓焊后焊缝的冷却速度 4) 焊后对焊缝加盖防止焊缝的骤冷 5) 焊接的最低温度为-10℃，采取所指的防护措施 6) 需要时预热温度至少为50℃火焰进行缓慢、均匀的预热 缺陷分类 1、外观缺陷 外观缺陷(表面缺陷)是指不用借助于仪器,从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等,有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。 A、咬边是指沿着焊趾,在母材部分形成的凹陷或沟槽, 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确,摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。咬边减小了母材的有效截面积,降低结构的承载能力,同时还会造成应力集中,发展为 裂纹源。矫正操作姿势,选用合理的规范,采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。 B、焊瘤焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出,冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯),焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。
失效分析案例举例
案例1 油井套管腐蚀 0、背景介绍： 1、套管腐蚀形貌 2、腐蚀产物ＸＲＤ分析 3、油套管材质的金相和非金属夹杂分析 4、管壁ＳＲＢ分析检测 5、腐蚀试验 6、结论
背景介绍：中原油田全油田有100多口井套管 腐蚀穿孔，30多口井报废，200多口井套管待修。油井套管的最大穿孔速度为0.48ｍｍ年。 1套管腐蚀形貌 对现场取出损坏的套管进行解剖分析。套管内壁分布腐蚀坑,管内壁腐蚀面平稳,腐蚀沿管轴纵向延伸呈马蹄形,其横断面为上宽下窄的梯形深谷状,管壁穿孔处周边锐利,界面清晰。从总体上看,套管内壁都附着黑色粘性油污,无明显腐蚀产物堆积，主要表现为坑蚀穿孔,并有一定的流体冲刷作用。
2腐蚀产物ＸＲＤ分析 取套管内壁物质,洗去油污,再用丙酮清洗吹干,进行Ｘ—射线 衍射分析。套管内壁腐蚀产物中主要有ＦｅＣＯ 3和ＣａＣＯ 夹杂有ＮａＣｌ和硫酸亚铁等。腐蚀产物的主要成份为碳酸盐,显示出套管、油管腐蚀与ＣＯ 2 腐蚀有关。 3油套管材质的金相和非金属夹杂分析 采用电子探针分析仪进行钢基、夹杂物定性、定量和元素面分析。套管钢的纵截面夹杂物形貌及面分析发现, 大量细小球形 暗灰色颗粒为Ａｌ 2Ｏ 3 , 短条状为ＭｎＳ。材质中夹杂物以Ａｌ 2Ｏ 3 和ＭｎＳ为主, 少量Ａｌ 2 Ｏ 3 、ＴｉＯ2存在。整个材料裂口 面上夹杂物多且分散较均匀,夹杂物以Ａｌ 2Ｏ 3 、ＭｎＳ为主 散均匀,加速了钢材的腐蚀。同时经电子探针元素定量分析表明随着向腐蚀坑底的深入,表层元素中氧、硫、氯、钙、镁含量在逐步增大。说明生成的腐蚀产物有铁氧化物、硫化铁、碳酸钙、碳酸镁等,并随腐蚀深入呈增加趋势。