| 四、孔壁破洞（void）与孔铜太薄造成吹孔
如果孔壁铜层有破洞，易藏纳水汽在其中，当过高温波峰焊时，板材中水气迅速膨胀吹出，推开尚未固化的熔锡，从而形成“吹孔”。若孔壁铜厚偏薄，则孔壁无法为焊锡提供足够的基础，使焊料与孔壁的附着力不够，进而形成空洞，也会造成“吹孔”。图5. 和图6. 即分别为无铅波焊后因孔破(void) 和孔铜太薄造成的吹孔不良图例。
孔壁破洞（void ）的产生与除胶渣及化学铜制程密切相关。在除胶渣的过程中高锰酸钾的咬蚀量不足，不但无法有效获得蜂窝状的微粗化面，且会造成孔壁微孔洞，内层结合不良，孔壁脱离，吹孔等质量隐患。对除胶槽来讲，新槽和较高的处理活性也可能会使一些联结程度较低的单功能树脂、双功能树脂和部分的三功能树脂出现过度除胶的现象，导致孔壁玻璃纤维突出，玻璃纤维较难活化且与化学铜的结合力较与树脂之间的更差，沉铜后因镀层在极度不平的基底上沉积，化学铜的应力会成倍的加大，严重的可以明显看到沉铜后孔壁化学铜一片片从孔壁上脱落，造成后续孔内无铜的产生，也可能造成孔内粗糙，玻璃纤维截点，渗铜，内层楔形孔破等状况。另外除胶的几个槽液之间的协调控制问题也非常重要。膨松/溶胀不足，可能会造成除胶渣不足；膨松/溶胀过度则会出现溶剂残存到已蓬松的树脂内，在沉铜时也会活化不良沉铜不上，即使沉上铜也可能在后工序出现树脂下陷，孔壁脱离等缺陷。
沉铜后的板件一般要浸硫酸除去表面的残碱和碱性的钝化膜，再直接电镀酸铜。板子放入稀硫酸缸中时，必须将板分散，左右摇摆3-4 次，将孔内气泡排出，让酸液将孔壁润湿。因为孔内残存湿气容易造成孔内化学铜的氧化，引发后续的孔内无铜或铜薄，所以沉铜后应该做好出缸时间记录尽快一次铜，不要存留时间过长，一般不允许超过8 小时。
针对孔铜太薄的问题，在电镀时对孔铜厚度方面应加强控制，批量生产前严格执行FA 制度，要求全测FA 板的插件孔孔铜，保证首板孔铜厚度OK 后才能进行批量生产；定期用钳表测量飞巴的电流，确保显示电流与实际电流相符合；适当提高电流密度，将孔内电镀铜厚要求由1.0mil(min) 提高到1.2mil (min) ，即使钻孔品质稍有闪失，其所产生的破洞也可被足够厚的两次电镀铜所补平，进一步消除可能发生的“吹孔”。
五、Dicy Free 板材易产生吹孔
由于无铅板材为了提高耐热性减少爆板，其环氧树脂的固化剂已由Dicy （双氰胺）改变为Dicy Free （酚醛），并且加入了微粒状的二氧化硅、氢氧化铝等无机填料，在耐热性提高的同时板材更加脆化。在一般钻孔参数下钻孔时孔壁上极易产生玻纤与树脂之间的微裂，对后继的孔铜的可靠性产生极大影响。从图7.可见无铅波焊后DicyFree 板材在孔壁附近的玻纤间存在有明显的裂口（glasscrack）。
图7.Dicy Free 板材脆性大钻孔后玻纤出现微裂，受热冲击后裂纹变得很严重。图8.Dicy Free 板材玻纤微裂处发生的“吹孔”。
为得到良好的孔壁表面，针对无铅化DICY Free 板材不但要加强高锰酸钾槽液的作业条件，且除胶渣前的膨松处理也要延长反应时间。但造成的负面效应是孔壁上被钻孔打松或打裂的玻纤和树脂间，极易残留膨松溶剂，进而在后继发生树脂空洞、铜层破洞、灯芯效应等缺陷，在无铅玻焊引发吹孔现象。（见图9.）不同板料供应商的DICY Free 板材树脂体系和填料比例都有差异，因此在选用DICY Free 板材时，一定要对各种DICY Free 板材本身的性能及PCB 制作条件重新进行评估，找出最佳的加工条件。同时建议要求板料供应商固定纱源，并使用开纤玻璃纱；做板前将板料高温焗板，消除可能存在的半固化片固化不彻底对钻孔的影响。
另外，目前业界也开始从现有的DICY FR4 做改良，使其耐热性大幅度提升，达到最新的IPC-4010B 对无铅板材的性能指标。
六、插件不正产生的吹孔
如果零件脚未插在孔的正中央，靠孔壁较近的一边锡爬升速度会较快，并把孔口封住，使得离孔壁较远的一边的空气来不及排出，受热迅速膨胀吹出，推开尚未固化的熔锡，形成孔内填锡不满、有空洞。从图10.可以看到插件不正造成吹孔的实例。
根据IPC-2222 标准，当采用波峰焊接工艺时，使用圆形插件脚时孔径同插件脚之差为0.20.7mm，使用矩形插件脚时，孔径同插件脚对角线尺寸之差应为0.2-0.7mm。小于0.2mm 大于1.0mm在焊接时容易出现问题。如图11.所示，0.20mm≤D-d≤0.7 及0.20mm≤D-L≤0.7mm。
七、无铅波焊过程中参数、流程控制问题
在无铅波焊中，有些PCB 板不存在孔粗、破洞的孔及插件不正也存在针孔及吹孔问题。分析可能原因有：
a 、板子打开包装后在空气环境下放置时间过长，导致PCB 板基材吸潮，孔内吸收的湿气在焊锡过程中受到高热蒸发出来而造成,解决方法是放在烤箱中120℃烤2 小时。
b 、元件引脚氧化；
c 、助焊剂活性低、涂敷量过大；
对于无铅波峰焊来说，由于无铅焊料的润湿性比SnPb 焊料要差，为了保证良好的焊接质量，对助焊剂的选择和涂敷的要求更高。一般无铅波峰焊采用免清洗助焊剂，这种助焊剂一般具有较低的活性，而且残留物活性在很大程度上依赖于过程操作，这就需要波峰焊设备在助焊剂喷雾上要求均匀涂敷，而且涂敷的助焊剂的量要求适中。
d 、无铅焊料的氧化性问题；
同Sn-Pb 合金焊料相比，高Sn 含量的无铅焊料在高温焊接中更容易氧化，从而在锡炉液面形成氧化物残渣（SnO2），影响焊接质量。焊料中的杂质在高温波峰焊时会产生气体，推开图11.插件脚设计规范要求尚未固化的熔锡，形成孔内填锡空洞。为了防止无铅焊料的氧化，解决办法是改善锡炉喷口，最好的对策是加氮气保护。焊锡炉中的惰性氮气使得液化焊料尽量少暴露于氧气下，从而减少氧化物的形成，同时会提高焊料润湿程度。
e、传输速度快，预热不足；焊接时间太短。
八、结束语
电子产品实施无铅制程以来，从PCB 板材、元件到波峰焊的焊料、设备工艺都相应产生了改变。因此造成“吹孔”的原因有很多，包括PCB 的品质、下游插件厂波峰焊操作条件等等。真正要解决吹孔，还需要上下游结合，根据实际情况调整制程参数，以预防吹孔现象的发生。
|
