PCBA 冷焊全面分析（二）

三、虚焊和冷焊的异同

1、相似性

虚焊与冷焊从现象表现上有许多相似之处，这正是在实际工中常常造成误辨的原因。因此准确地辨识虚焊和冷焊的相似性与相异性，对电子产品制造中的质量控制是非常重要的。

虚焊和冷焊的相似性，主要表现在下述几个方面：

1）冷焊和虚焊所造成的焊点失效均具有界面失效的特征，即焊点的电气接触不良或微裂纹是发生在焊盘和钎料相接触的界面上；

2）、冷焊和虚焊的定义相似，界面未形成所需要的金属间化合物层（简称界面合金层或 IMC），如图 19、图 20 所示；

  图 19 IMC 不明显 图 20 界面出现微裂缝

3）、在工程应用中发生的效果和危害相似，即：都存在电气上接触不良，电气性能不稳定，连接强度差。尤其是对μBGA 和 CSP 而言，这种焊点缺陷是隐匿的，短则几天，长则数月甚至上年，才能暴露出来。

2、差异性及物理定位

1）形成的机理不同：

虚焊是由于被焊金属表面被氧化、硫化或污染，变得不可焊所导致，而冷焊则是由于焊接时供给的热量不足所造成。

2）解决的方法不同：

虚焊一般通过改善被焊金属表面的洁净度和可焊性，调整助焊剂的化学活性即可彻底解决，比较容易实现。而冷焊则必须要解决焊接工艺过程中热量的充分供给问题，特别是对μBGA、CSP这类高密度器件，往往要涉及再流炉的加热方式和热量转換、传递的效率问题。因此，面广难度大。

3）连接强度有差异：

虚焊时由于钎料和基体金属表面相互间，隔着一层氧化膜，凝固后钎料的粘附力很差，连接作用很弱；冷焊较轻微的焊点界面上形成的IMC层非常薄而且发育不完全，而冷焊较严重的焊点界面，往往伴随着贯穿性的裂缝，毫无强度可言，如图21所示。

图21 界面出现贯穿性裂缝

4）、金相组织结构有差异

虚焊切片后的金相组织结构比较细密，如图 22 所示；而冷焊切片后的金相组织结构不均匀，如图 23 所示。

                            图22 虚焊                                                图23 冷焊

5）微光学视觉图像不同

（1）良好焊点的外观视觉图像

①CBGA→CBGA再流焊接时由于焊球不熔融，焊膏再流后在焊盘和焊球之间填充和润湿充分，有良好的润湿角，表面光滑平整，高度不发生坍塌，如图24所示。

②PBGA→球状焊点表面光亮平滑，润湿角良好，坍塌高度约为球状引脚高度的（1/3～1/2）。如图 25 所示。

                        图 24 CBGA                                                图 25 PBGA

（2）虚焊焊点的外观视觉图像

虚焊焊点的微光学视觉图像所表现的特征是，焊点未形成润湿圆角，如图 26所示；

                                  图 26 虚焊

（3）冷焊焊点的外观视觉图像：

冷焊焊点微光学视觉图像所表现的特征为：

①焊点表面呈橘皮状，如图 27。

                                 图 27 冷焊

②焊膏再流不充分，如图 28 所示。

                       图 28 再流不充分

③坍塌高度不足：仅发生了第一阶段的坍塌，由于热量不足，未进入第二阶段坍塌，如图 29 所示。

                                                   图 29

四、若干电子装联焊接缺陷的定义

1、引用标准及文献

• 坍塌高度不足

1）QJ 航天标准

关于若干电子装联焊接缺陷的定义，国内外并无统一的定义，由此带来不少周折。

航天二院的张永忠说：“对于虚焊的认识，我的看法也是看金属间化合物。科工集团在 2013 年也做了一期虚焊的专题，以质量简报的形式由集团科质部下发到各单位，里面对虚焊的定义引用了 QJ 标准对虚焊的定义，但是又做了延伸，分为显性虚焊（也叫广义虚焊），隐性虚焊，显性虚焊即外观可以检查得到的。”

航天二院的张永忠所提的 QJ 标准就是笔者在以后要多次引用的 QJ2828《电子装联术语》，由航天七 0 八所提出，参考美国宇航局 NASA 标准和美 MILL 军标而制定的我国航天标准，至今仍然有效。

2）美国 IPC 标准

笔者在这里同样也引用了美国 IPC 标准，需要说明的是 IPC 标准是由“IPC美国连接电子业协会”制定的商用标准。

2010年4月出版的IPC-A-610E CN《电子组件的可接受性》在5.2焊接异常一节里，把焊接缺陷归纳为：暴露金属基材、针孔/吹孔、焊膏再流不完全、不润湿、

冷焊/松香焊接连接、退润湿、锡球/锡溅、桥连、锡网/泼锡、焊料受扰、焊料破裂或有裂纹、锡尖、无铅填充起翘和无铅热撕裂/孔收缩十四类，是不完全的。

3）樊融融教授著作

笔者在下面还引用了樊融融教授对若干焊接缺陷的定义；樊融融教授是我国电子装联业界泰斗，七项联合国专利获得者，八十年代我国杰出的中青年科学家。

2、焊接缺陷定义的错误理解

虚焊其实仅针对于 Ipc 中的 open，但 IPC-A-610E 并没有虚焊的说法，也没有 open 的说法；open 就是开路，“开路”的说法中国有，但 IPC-A-610E 的焊接缺陷里没有。

不润湿、假焊、空焊、开路、虚焊......，有些属于“俗语”而不是术语，各自定义不同。

虚焊不等同于开路，虚焊的根本特征是金属间化合物不符合要求；

开路也未必是虚焊所造成，例如“立碑”也是开路，但就不是虚焊；

不润湿和虚焊含义不同，但不润湿必定导致虚焊；

虚焊并非是中国的一个衍生泀，而是客观存在的事实。

3、虚焊

1）在焊接参数（温度、时间）全部正常的情况下，焊接过程中凡在连接界面上未形成合适厚度金属间化合物（IMC）的现象，均可定义为虚焊。——樊融融，《现代电子装联工程应用 1100 问》，2011 年.

2）QJ2828 中虚焊的定义为：虚焊 Pseudo soldering焊料与焊接件的金属表面被氧化或其它污物所隔离，没有形成金属合金层，只是简单地依附在焊接件表面所造成的缺陷。

4.冷焊

1）在焊接中钎料与基体金属之间没有达到最低要求的润湿温度；或者虽然局部发生了润湿，但冶金反应不完全而导致的现象，可定义为冷焊。——樊融融，《现代电子装联工程应用 1100 问》，2011 年.

2）QJ2828 对冷焊的定义为：假焊（生焊，冷焊）cold solder joint焊接温度过低，焊料在润湿和流动前就可能凝固，焊点外观不可能平滑光亮，是焊接质量比虚焊的更差的一种缺陷。

3）IPC-610D 对冷焊点的定义为：冷焊点—是指呈现很差的润湿性、外表灰暗、疏松的焊点。（这种现象是由于焊锡中杂质过多，焊接前清洁不充分，和/或焊接过程中热量不足所致）

4）IPC-T-50 对冷焊焊接连接的定义为：焊接连接呈现出润湿不良及灰色多孔外观。（这是由于焊料杂质过多，焊接前清洁不充分，和/或焊接过程中热量不足造成的。）

图 30

焊接连接呈现不良的润湿，可能有截留的松香迹象，导致待连接的表面分离。

5、润湿

QJ2828 对润湿的定义为：润湿 wetting 熔融焊料粘附在被焊金属表面形成相当均匀光滑连续的焊料薄膜的现象。

6、半润湿

QJ2828 对半润湿的定义为：半润湿 dewetting 熔融焊料粘附在被焊金属表面后，形成回缩，遗留下不规则的焊料疙瘩，但不露基体金属的现象。

7、退润湿

IPC-T-50 对退润湿的定义：熔融焊料涂覆在金属表面上然后焊料回缩，导致形成薄膜覆盖且未暴露金属基材或表面涂层的区域分隔开的不规则焊料堆的一种状况。

图 31

退润湿现象导致焊接连接不满足表面贴装或通孔插装的焊料填充要求。

8、不润湿

1）QJ2828 对不润湿的定义为：不润湿 nonwetting 熔融焊料与金属表面接触，只有部分粘附于表面仍裸露基体金属的现象。

2）IPC-T-50 对不润湿的定义：熔融的焊料不能与金属基材（母材）形成金属键合。

a）元器件端子不润湿

b）导线端子不润丝

五、结语

我国 SMT 经过近四十年高速发展，业内人士对质量和可靠性重要性的认识日趋升华，SMT 组装焊接技术及检测技术迅猛发展，然而标准的滞后，包括各类定义和术语的滞后已经影响了 SMT 产业的发展；我国现有的有关电子装联标准的术语标准基本上都是二十世纪九十年代中期出台的，而 IPC 标准中的术语和定义也存在一定的问题，且不完全适应我国国情。

由此，出现一些对术语和定义的不同理解实属正常现象。期盼我国的标准能适应制造业发展的需要。仅供参考。 陈正浩/作者

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