No.002 4通道压敏电阻器虚焊

1.现象描述及分析

（1） 现象描述

4通道压敏电阻器在有铅再流焊接中，共电极表面焊料严重不润湿，造成大量的虚焊，引脚跟部焊料不足。有缺陷的电极表面的形貌如图No.002-1所示。

（2） 现象分析

① 镀层：

● 压敏电阻器电极镀层为纯锡；

● PCB焊盘镀层为ENIG Ni/Au。

② 焊接工艺条件：

● 有铅再流焊接，焊膏中焊料合金为Sn37Pb；

● 再流焊接峰值温度为220～225℃。

2.形成原因及机理

（1） 形成原因

造成本案例压敏电阻器电极表面在有铅再流焊接工艺过程中不润湿和虚焊的根本原因是：该电极表面为纯锡镀层，因与有铅焊接工艺条件不匹配而导致可焊性不良所造成。

（2） 形成机理

镀纯锡的元器件引脚及PCB焊盘适合采用有铅、无铅波峰焊接，也适合采用无铅再流焊接和有铅、无铅手工焊接，但不适合采用纯有铅再流焊接。这是由Sn元素固有的物理化学特性所决定的。Sn熔点为232℃，具有负的表面氧化自由能 （-ΔF）。根据热力学理论可知：在-ΔF区域内的所有金属都能自动被氧化。金属氧化物的稳定性也和其-ΔF值直接有关；稳定性差的氧化物具有小的-ΔF值，稳定性较高的氧化物具有大的-ΔF值。Sn与Cu、P b、Ni等相比，Sn在大气中更易与氧作用形成不可见的、极薄 （一个单分子层厚度） 的、致密的、稳定的氧化膜，人们常将其称之为纯态膜。正是这层膜的存在，才使得焊点能长年累月地保持银闪闪的光泽。

元器件引脚或PCB焊盘表面纯锡镀层上的这层纯态膜，在焊接时RAM级助焊剂是很难去掉它的 （一般都要活性助焊剂RA级才可以）。然而当焊接温度≥232℃ （Sn的熔点）后，Sn在熔化过程中将自动将这层纯态膜撕裂，此时即使是中性助焊剂也能获得良好的焊接效果。正是由于目前电子制造中所采用的焊接工艺和焊接温度上的差异，才导致了下述的不同的焊接质量效果。

① 波峰焊接。

不论是有铅波峰接还是无铅波峰焊接，其焊接温度均＞232℃ （纯锡的熔点），故其工艺参数对纯锡镀层均有很好的温度适应性，因而均能获得良好的焊接效果。

② 手工烙铁焊接。

不论是有铅手工焊接还是无铅手工焊接，其烙铁头上的温度高达300℃ （＞232℃），故也都能获得良好的焊接效果。

③ 再流焊接。

● 无铅再流焊接：常用峰值温度范围为235～245℃，（＞232℃），故不论是无铅器件引脚还是PCB焊盘镀纯锡层都有很好的温度匹配性，都不会造成焊接问题。

● 有铅再流焊接：其峰值温度通常为220～225℃ （＜232℃），此时因焊接温度不匹配，元器件电极镀锡层表面覆盖的薄而致密的锡的纯态膜不能获得镀层熔融时的机械撕裂效果，而只能依靠提高助焊剂的活性才有可能除去这层锡的纯态膜。但是在目前所普遍使用的免清洗焊接工艺的前提下是不允许的。因此，元器件引脚或电极以及PCB焊盘上的纯锡镀层是不适合采用有铅情况下的再流焊接工艺的。

3.解决措施

当采用有铅再流焊接工艺时，可以采取如下措施：

① 在元器件引脚或电极等表面，可将电镀Sn改为电镀Sn37Pb合金。

② 可将PCB焊盘的镀锡层或HASL-Sn改为HASL-Sn37Pb合金。