深圳市（shì）晉力達電子設（shè）備有限公司（sī）

通常來說電子元器件引腳連接可以（yǐ）是通孔（kǒng）插（chā）裝形式的也可是表麵貼裝形式。但是在高電（diàn）壓和高功率的（de）應用場景中，使用帶（dài）引腳（jiǎo）的通孔插裝元件是很好的解決方案，因（yīn）為在通（tōng）孔插件焊接中使用波峰焊可（kě）以使焊點的飽滿達到功率要求，而在貼裝元件中使（shǐ）用印刷錫膏再用回流焊接時，由於融化錫膏時重力的原因以及錫（xī）膏由固態轉變為（wéi）液態時體（tǐ）積縮小一係列無法解決的問題，通常（cháng）無法達到飽滿的焊點。對於通孔插裝元件而言，焊（hàn）接往往用到波峰焊接技（jì）術，通過使引腳與焊盤經過助焊劑噴霧（wù），預熱區預熱，錫爐波峰噴錫從而達到焊接目的。本文章簡單介紹PCB焊盤和通孔參數設計對通孔插裝元件的無鉛焊接可靠性的影響。

測試通孔插件（電阻和IC元件）的波峰（fēng）焊接可靠性。波峰焊的焊料采用的是SAC305合金（jīn），焊接溫度控製在了260℃。熱循環的（de）溫度區間和次數分別為-20-80℃和550次。此（cǐ）外PCB的表麵經過熱風整平處（chù）理，在焊盤表麵鍍上無鉛錫銅鎳保護層（SnCu0.7Ni0.05）以避免銅氧化。

圖1. 測試（shì）器件在PCB上的布局 (藍色框)， J: 電阻器（淺藍）； K: DIP集成電路 (黑色)。

表1. 測試電（diàn）阻器和DIP的通孔和焊盤（pán）的尺（chǐ）寸。

測試結果

所有通孔內的電阻器（qì）引腳均被無鉛SAC305焊料完整包裹。經過SEM觀察後發現電阻器J1的焊點（diǎn）幾乎沒有空（kōng）洞，意味著焊點的強度保（bǎo）持良好（hǎo）。銅表麵和焊料之間形（xíng）成了致密的（de）IMC層(Cu，Ni)6Sn5，且厚度均在2.5-3.5μm的範圍。集成電路K1-K3在焊後可靠性也可接（jiē）受，銅表麵（miàn）同樣形成了(Cu，Ni)6Sn5層。

圖2. 電阻器（qì）J1 (a, b)和（hé）J3 (右) 的焊（hàn）點SEM圖。

富集鎳的(Cu，Ni)6Sn5相在焊料基體中以分散的（de）細小沉澱形式生長（zhǎng）。重要（yào）的是(Cu，Ni)6Sn5相中的鎳成分（fèn）能夠影響其形（xíng）態的變化，並加速(Cu，Ni)6Sn5相（xiàng）的生長。此外，鎳的存在還遏（è）製了劣性Cu3Sn IMC的（de）生長。隨著（zhe）通孔直（zhí）徑和焊盤尺（chǐ）寸擴（kuò）大， 焊點出現（xiàn）缺陷的可能性（xìng）增（zēng）加。電阻器J3的通孔尺寸最大，相應的焊接空洞數量也最（zuì）多（圖2）。類似的（de），通孔和焊盤尺寸較大的（de）K2和K3在波峰（fēng）焊後發現焊點（diǎn）會出現更多的空洞甚至出（chū）現斷裂（liè）現象。

熱循環測試

在經過（guò）550次（cì）熱循環測試後，電（diàn）阻器和集成電路都麵臨著（zhe）更（gèng）大的失效風險。空洞的數量隨著（zhe）熱循環的進行變得更多。空洞在累積到一定程（chéng）度（dù）後會成為微裂痕，導致焊點在外力作用下很容易發生斷裂。J1-J3都沒有發現明顯的（de）微裂（liè）痕，但J2和J3的空洞數量更多。K3在熱循環後（hòu）出現了焊點裂紋現象，意味著焊（hàn）點機械強度下降。可見的是焊盤和通孔尺寸對焊點可靠性影響很明顯。

圖3， 熱循環後焊點微觀結構, (a) J1; (b ) J2; (c) J3; (右側（cè）) K3。