摘 要：虛焊是電路失效的一種主要形式，將對電子產(chǎn)品在服役過程中的可靠性造成嚴重影響。本文介紹了虛焊產(chǎn)生原因，詳細介紹了在電路設計、物料管理、組裝焊接到產(chǎn)品服役幾個階段中導致虛焊產(chǎn)生的潛在因素，并提出了相應的改進措施。從而為提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性提供參考。

關鍵詞：虛焊部位；虛焊原因；可靠性；改進措施

0 引言

近年來隨著電子產(chǎn)品制造工藝的不斷提升，電子產(chǎn)品的質(zhì)量已有很大的提高。但由虛焊引起焊點失效從而導致整機出現(xiàn)故障的情況仍存在于部分電子產(chǎn)品中。據(jù)統(tǒng)計工廠近5年外廠返修設備中，由虛焊導致故障的共有48例。尤其當前電子產(chǎn)品的器件密度和功能密度越來越高，虛焊不僅對產(chǎn)品可靠性埋下嚴重的隱患，而且出現(xiàn)故障后的返修檢測也十分困難。所以深入認識虛焊產(chǎn)生原因，以便制定改進措施，在設計、制造等源頭消除虛焊隱患顯得十分重要。

對于虛焊的形成，一個主要的原因是待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的。金屬表面氧化物和污垢將導致焊接形成的“虛焊點”產(chǎn)生有接觸電阻的連接狀態(tài)，使電路工作不正常，出現(xiàn)時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象。虛焊點還會使電路中的噪聲增加并且沒有規(guī)律，給電路的調(diào)試、使用和維護帶來了重大隱患。此外虛焊產(chǎn)生的另一個重要原因是焊點后期失效。產(chǎn)生該狀況的原因是焊點在服役期間，會經(jīng)歷周期性的開關狀態(tài)導致焊點溫度發(fā)生升降變化（相當于經(jīng)歷溫度循環(huán)和溫度沖擊）產(chǎn)生熱應力，以及受到振動沖擊等外界動態(tài)因素影響產(chǎn)生機械應力導致焊點產(chǎn)生裂紋，形成虛焊點，最終失效。

經(jīng)長期總結發(fā)現(xiàn)虛焊成因廣泛分布于電路設計、物料管理、組裝焊接以及產(chǎn)品服役幾個階段。對上述階段中的影響因素進行分析并進行改進，對避免產(chǎn)生虛焊有重要意義。

1 電路設計中的虛焊影響因素

在電路設計過程中，器件的布局對虛焊的形成將產(chǎn)生影響。例如大中功率或靠近大功率的元器件引腳容易由于熱脹冷縮導致各引腳應力不均勻，及元器件發(fā)熱產(chǎn)生的高溫引起焊點焊錫變質(zhì)，引發(fā)虛焊。特別是安裝在緊固散熱片上的元器件虛焊的可能性更大。這種情況下虛焊主要產(chǎn)生在焊點中間。所以包含大功率器件的印制板在布局時，應減少功率器件附近元器件的布局密度，適當加大功率元器件的散熱面積，加快功率器件熱量外排。

在PCB布線中，元件腳旁有金屬化過孔，會使部分焊錫熔化時流入過孔，導致所形成的焊點錫量不夠，容易形成虛焊點。設計時應盡量將金屬化過孔放置在離貼片元件較遠的地方，躲開焊點。

2 物料管理中的虛焊影響因素

2.1 印制板對虛焊產(chǎn)生的影響

印制電路板儲存時間過長、儲存環(huán)境潮濕或在轉(zhuǎn)運過程中保護不當容易導致的焊盤氧化，使焊盤的潤濕性下降，以致在焊接后產(chǎn)生虛焊，通常這種情況虛焊產(chǎn)生于印制板與焊點接觸的部位。印制板的翹曲變形，將會引起焊膏印刷的厚度不一，部分焊盤上焊膏涂覆過少，從而引起焊接不良。

2.2 元器件對虛焊產(chǎn)生的影響

元器件在長期儲存過程中，很容易有引腳（或BGA的焊球）氧化，焊料很難與焊盤之間形成牢固的冶金結合，從而引起虛焊導致焊點不能提供持續(xù)可靠的電氣性能。

2.3 焊料對虛焊產(chǎn)生的影響

焊料儲存時間過長或者溫度過高，容易導致焊膏變質(zhì)，或焊膏在解凍時攪拌時間不夠，活化劑未能活化，都將會引起焊點失效。該種類型導致的焊接缺陷通常會批次性的暴露出來。

所以在物料管控階段，對焊料、元器件、線路板等采用開包即用原則，避免元器件引腳、線路板的銅焊點，長時間暴露在空氣中形成氧化層，影響焊接合金層的形成，容易產(chǎn)生虛焊，沒用完的元件、線路板及時包裝密封。

3 焊接過程中的虛焊影響因素

3.1 回流焊對虛焊產(chǎn)生的影響

回流焊的溫度曲線中任何一個溫區(qū)設置不合理都會對產(chǎn)生虛焊埋下隱患。以典型的Sn63Pb37焊膏回流為例，在預熱區(qū)升溫過快會造成焊料飛濺，形成焊料球以及焊料不足的焊點。 在保溫階段，若時間設置不合理，會造成由于PCB、元器件溫度不均，導致冷焊、芯吸，橋連。并且在該階段焊膏中的活化劑開始作用，清除元器件焊接面或引腳、焊盤、焊粉中的氧化物及污染物，不過，焊盤、焊膏、元器件焊接面在在加熱和風吹的條件下更易氧化，若保溫時間過長，焊膏中的活化劑可能消耗完，反而使回流性能變差，所以該溫區(qū)需精確設置?；亓鲄^(qū)，焊料開始熔化，對焊盤和元器件焊腳發(fā)生潤濕，產(chǎn)生冶金結合，加熱時間長PCB和元器件容易損壞，回流溫度低，加熱時間短，焊料熔化不充分，焊接效果不好，會產(chǎn)生虛焊、冷焊等焊接缺陷。冷卻區(qū)，冷卻速度太大，容易造成焊點區(qū)域熱應力較大，引起裂錫、脆化，并累積焊接殘余應力，容易造成焊點產(chǎn)生裂紋。

所以回流焊接前須對回流焊接溫度曲線進行深入研究，精細化控制，才能避免該階段對虛焊造成的影響。

3.2 手工焊對虛焊產(chǎn)生的影響

在手工焊接時，若焊接時間過短，焊錫未充分熔融，容易冷焊，形成虛焊點。若焊接頭溫度過高或過低，焊接表面有氧化層，也容易形成虛焊點。助焊劑的還原性或者用量不夠，未能完全清潔焊接面，也會導致虛焊。焊接中焊錫未凝固，被焊器件松動，易發(fā)生虛焊。

4 產(chǎn)品服役過程中虛焊影響因素

印制板組件長期工作在高溫環(huán)境下，容易引起焊點內(nèi)釬料合金顯微組織明顯粗化，導致焊點拉伸強度降低，導電性能變差，最后形成虛焊。

PCB基板與元器件的熱膨脹系數(shù)不匹配（FR4的CTE為18ppm/℃，硅芯片的CTE為2.8ppm/℃），在使用過程中容易導致焊點產(chǎn)生殘余應力，產(chǎn)生裂紋，隨著裂紋生長，焊點容易失效，形成虛焊點。

若產(chǎn)品使用在高強度振動環(huán)境中，焊點中容易產(chǎn)生應力，將焊點拉裂。使焊點失效形成虛焊點。

所以，包含有大功率元器件的產(chǎn)品在工作時需要注意散熱。并盡量減少給產(chǎn)品帶來的溫度沖擊和振動。

5 其他導致虛焊的影響因素

元器件本身的重量比較大，在安裝、搬運、使用過程容易產(chǎn)生應力，久后元件引腳就會逐漸與線路分離，產(chǎn)生虛焊。這種虛焊主要產(chǎn)生在焊點與焊盤中間。對體積、重量比較大的元器件固定處理，例如緊貼線路板、加膠水、支架等方式固定，對線路板做支架減震固定。

在經(jīng)常需要經(jīng)歷大電流高電壓沖擊的引腳處，焊點上的焊錫容易變得灰暗，并產(chǎn)生裂縫，形成虛焊。并且這種虛焊主要產(chǎn)生在焊點中間。所以使用在該場合下的焊點需做錫焊加固處理。

6總結

虛焊作為一種焊點失效形式，將對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。尤其在軍品中，焊點失效將容易導致武器裝備不能正常運行，從而對國防安全帶來隱患。對生產(chǎn)單位而言，虛焊的產(chǎn)生不僅影響產(chǎn)品的性能，也會影響到一個企業(yè)的聲譽。必須把解決虛焊問題放在重要位置。

本文就虛焊產(chǎn)生的原因，以及在電路設計、物料管理、組裝焊接到產(chǎn)品服役幾個階段中導致虛焊產(chǎn)生的潛在因素進行了分析，并提出了相應的改進措施，對控制虛焊的產(chǎn)生有一定的指導意義。然而，導致虛焊的因素還有很多，還有待更深度地去研究和探討。

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作者簡介：

黃宗英，男，工藝技術研究部，主任工藝師，研究方向為電子裝聯(lián)工藝、微組裝等。