虚焊研讨

一、定义：
虚焊（poor Soldering）实质就是焊接时焊缝结合面的温度太低，熔核尺寸太小甚至未达到熔化的程度，只是达到了塑性状态，经过碾压作用以后勉强结合在一起，所以看上去焊好了，实际上未能完全融合，造成接触不良，时通时断
虚焊与假焊都是指焊件表面没有充分镀上锡层,焊件之间没有被锡固住,是由于焊件表面没有清除干净或焊剂用得太少以及焊接时间过短所引起的。
所谓“焊点的后期失效”，是指表面上看上去焊点质量尚可，不存在“搭焊”、“半点焊”、“拉尖”、“露铜”等焊接疵点，在车间生产时，装成的整机并无毛病，但到用户使用一段时间后，由于焊接不良，导电性能差而产生的故障却时有发生，是造成早期返修率高的原因之一，这就是“虚焊”。
二、鱼骨因素分析：

1．元件产生虚焊的常见原因
(1)线路板敷铜面质量不好
焊接之前线路板敷铜没有很好地进行去脂去氧化层和加涂防氧化涂敷、助焊处理，造成吃锡效果不好，目久后出现了虚焊现象。
(2) 线路板变形
线路板有的部位没有固定，长期处于悬空状态，而有的固定不平整，容易出现变形。安装在变形部位的元件就比较容易出现虚焊现象。

(3) 焊锡本身质量不良
由于焊锡丝的助焊剂的活性不够，固体含量低，粘度不强或者含有异物，过保证期等在安装或维修过程中上锡不够或均匀就比较容易产生虚焊现象。
(4) 焊锡熔点比较低，强度不大
由于焊锡熔点低，而元件引脚和固定元件的板子材料不同，其热膨胀系数不同，日久后，伴随着元件工作温度的变化，在热胀冷缩的作用力下，就会产生虚焊现象。
(5)元件引脚安装时没有处理好
在元件安装时或者在维修过程中，没有很好地对元件的引脚进行去脂去氧化层处理，或镀锡不好，这也是产生虚焊的常见原因之一。
(6) 焊接时用锡量太少
在安装或维修过程中，焊接元件时用的焊锡太少，时间长后就比较容易产生虚焊现象。
(7) 烙铁焊接温度低，时间短
烙铁头的温度难以精确控制，这是一个最根本的问 题，如果使用烙铁时温度低，时间短对焊锡未完善融化，使两被焊件间不能完全被锡固住，结果就会产生虚焊现象。同时，由于烙铁的热回复性 毕竟有限，非常容易导致金属化通孔内透锡不良
(8) 元件产生的高温引起其固定点焊锡变质
有的元件会产生较高的温度，在长期的高温作用下，固定点的焊锡重者会发生脱焊，轻者出现虚焊故障。
(9)应力效应
因为元件本身的重量比较大，在安装或搬运的过程中容易产生应力。久后元件引脚就会逐渐与线路板分离．产生虚焊。
(10)经常会受到外力作用的元件
在电子设备中，为了与其他设备连接方便，设置了插接件．还有如各种微动开关之类器件。若这些经常受到外力作用或者使用不当会使这些元件产生松动，久而久之产生虚焊。
(11)工作温度比较高的元件
在电子设备中，不可避免地存在着一些工作温度比较高的元件．比如大功率电阻，大功率开关管和散热器周围元件等，这些元件由于本身的温度比较高，在热胀冷缩作用下其引脚很容易产生虚焊现象。
三、虚焊故障常见的种类
(1)虚焊部位在焊点与焊盘之间
如图1所示。产生这种虚焊现象的原因是虽然元件引脚处理得好，但线路板敷铜焊盘面上没有处理好，导致焊接时吃锡不充分造成的。这种虚焊现象由于隐藏在焊点下面，一般不容易发现。
(2)虚焊点在元件引脚与焊点之间
如图2所示。产生的原因主要是元件引脚没有得到较好的处理，导致引脚与焊点不能很好地熔合。日久后元件引脚氧化现象加剧，形成时通时不通的接触不良现象。 (3)虚焊点产生在焊点中间
如图3所示。这类现象经常出现在工作温度比较高的元件周围。产生的原因主要是因为焊点处用锡量比较少．焊接温度太高(加速氧化)或太低，造成焊接质量差。这种焊点周围会有一圈比较明显的塌陷，且焊点不光滑，焊点颜色呈暗灰，因此相对来说，还是比较容易发现的。

四、常用检测方式
在实际操作中，有的虚焊故障点非常隐蔽，所以在检修虚焊故障时要认真仔细，要有足够的照明度，必要时还可以借助于放大镜和通表(万用表低阻挡)检查。
(1)直观检查法
①一般先寻找发热的元器件，如功率管、大电流二极管、大功率电阻、集成电路等，再检查焊锡结合面有无锈蚀、油污等杂质，或凸凹不平、接触不良，这样会使接触电阻增大，电流减小，焊接结合面温度不够，因为这些元件发热容易出现虚焊，严重的直接可以看出，轻微的可以用放大镜观看。一般刚焊好的引脚是很光润的。当边缘受到影响时，由于不断地挤压和拉伸，会变得粗糙无光泽，焊点周围就会出现灰暗的圆圈，用高倍放大镜看可以看到龟裂状的细小的裂缝群，严重时就形成环状的裂缝，即脱焊。所以，有环状黑圈的地方，即使没有脱焊，将来也是隐患。大面积补焊集成电路、发热元件引脚是解决的方法之一。②检查焊接质量是否正常，有无焊接侧面减小或开裂现象。焊接量减小会使前后焊锡的结合面积太小，使总的受力面减小而无法承受较大的张力。特别是焊接侧开裂现象会造成应力集中，而使开裂越来越大，而最后拉断。

(2)电流检测法
检查电流设定是否符合工艺规定，有无在产品负载变化时电流设定没有相应随之增加，使焊接中电流不足而产生焊接不良。
(3)震动法
当遇到虚焊现象时，可以采取敲击的方法来证实，用螺丝刀手炳轻轻敲击线路板，以确定虚焊点的位置。但在采用敲击法时，应保证人身安全，同时也要保证设备的安全，以免扩大故障范围。
(4)晃动法
就是用手或摄子对低电压元件逐个地进行晃动，以感觉元件有无松动现象，这主要应对比较大的元件进行晃动。另外，在用这种方法之前，应该对故障范围进行压缩．确定出故障的大致范围，否则面对众多元件。逐个晃动是很不现实的。
(5)补焊法
补焊法是当仔细检查后仍旧不能发现故障时进行的一种维修方法，就是对故障范围内的元件逐个进行焊接。这样，虽然没有发现真正故障点，但却能达到维修目的。
五、焊接工艺要求
(1) 焊接原理：
锡焊是一门科学，他的原理是通过加热的烙铁将固态焊锡丝加热熔化，再借助于助焊剂的作用，使其流入被焊金属之间，待冷却后形成牢固可靠的焊接点。 当焊料为锡铅合金焊接面为铜时，焊料先对焊接表面产生润湿，伴随着润湿现象的发生，焊料逐渐向金属铜扩散，在焊料与金属铜的接触面形成附着层，使两则牢固的结合起来。所以焊锡是通过润湿、扩散和冶金结合这三个物理,化学过程来完成的。 ①．润湿：润湿过程是指已经熔化了的焊料借助毛细管力沿着母材金属表面细微的凹凸和结晶的间隙向四周漫流，从而在被焊母材表面形成附着层，使焊料与母材金属的原子相互接近，达到原子引力起作用的距离。
引起润湿的环境条件：被焊母材的表面必须是清洁的，不能有氧化物或污染物。 形象比喻：把水滴到荷花叶上形成水珠，就是水不能润湿荷花。把水滴到棉花上，水就渗透到棉花里面去了，就是水能润湿棉花。
②．扩散：伴随着润湿的进行，焊料与母材金属原子间的相互扩散现象开始发生。通常原子在晶格点阵中处于热振动状态，一旦温度升高。原子活动加剧，使熔化的焊料与母材中的原子相互越过接触面进入对方的晶格点阵，原子的移动速度与数量决定于加热的温度与时间。
③. 冶金结合：由于焊料与母材相互扩散，在2种金属之间形成了一个中间层---金属化合物，要获得良好的焊点，被焊母材与焊料之间必须形成金属化合物，从而使母材达到牢固的冶金结合状态。
（2）助焊剂的作用
助焊剂（FLUX）這個字来自拉丁文是"流动"（Flow in Soldering）。助焊剂主要功能为：
①．化学活性(Chemical Activity) 要达到一个好的焊点，被焊物必须要有一个完全无氧化层的表面，但金属一旦曝露于空气中回生成氧化层，这中氧化层无法用传统溶剂清洗，此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用，当助焊剂清除氧化层之后，干净的被焊物表面，才可与焊锡结合。 助焊剂与氧化物的化学放映有几种： 1、相互化学作用形成第三种物质； 2、氧化物直接被助焊剂剥离； 3、上述两种反应并存。 松香助焊剂去除氧化层，即是第一种反应，松香主要成份为松香酸（Abietic Acid）和异构双萜酸(Isomeric diterpene acids)，当助焊剂加热后与氧化铜反应，形成铜松香（Copper abiet），是呈绿色透明状物质，易溶入未反应的松香内与松香一起被清除，即使有残留，也不会腐蚀金属表面。 氧化物曝露在氢气中的反应，即是典型的第二种反应，在高温下氢与氧发生反应成水，减少氧化物，这种方式常用在半导体零件的焊接上。 几乎所有的有机酸或无机酸都有能力去除氧化物，但大部分都不能用来焊锡，助焊剂被使用除了去除氧化物的功能外，还有其他功能，这些功能是焊锡作业时，必不可免考虑的。
②．热稳定性（Thermal Stability） 当助焊剂在去除氧化物反应的同时，必须还要形成一个保护膜，防止被焊物表面再度氧化，直到接触焊锡为止。所以助焊剂必须能承受高温，在焊锡作业的温度下不会分解或蒸发，如果分解则会形成溶剂不溶物，难以用溶剂清洗，W/W级的纯松香在280℃左右会分解，此应特别注意。
③．助焊剂在不同温度下的活性 好的助焊剂不只是要求热稳定性，在不同温度下的活性亦应考虑。助焊剂的功能即是去除氧化物，通常在某一温度下效果较佳，例如RA的助焊剂，除非温度达到某一程度，氯离子不会解析出来清理氧化物，当然此温度必须在焊锡作业的温度范围内。 当温度过高时，亦可能降低其活性，如松香在超过600℉（315℃）时，几乎无任何反应，也可以利用此一特性，将助焊剂活性纯化以防止腐蚀现象，但在应用上要特别注意受热时间与温度，以确保活性纯化。 （3）焊锡丝的组成与结构 我们使用的有铅SnPb(Sn63%Pb37%)的焊锡丝和无铅SAC（96.5%SN 3.0%AG0.5%CU）的焊锡丝里面是空心的，这个设计是为了存储助焊剂（松香），使在加焊锡的同时能均匀的加上助焊剂。(4) 电烙铁的基本结构
烙铁：(1)手柄、(2)发热丝、(3)烙铁头、(4)电源线、(5)恒温控制器、(6)烙铁头清洗架 电烙铁的作用：用来焊接电子原件、五金线材及其它一些金属物体的工具。
(5) 手工焊接过程
① 操作前检查 1. 每天上班前3-5分钟把电烙铁插头插入规定的插座上，检查烙铁是否发热，如发觉不热，先检查插座是否插好，如插好，若还不发热，应立即向管理员汇报，不能自随意拆开烙铁，更不能用手直接接触烙铁头.

1. 已经氧化凹凸不平的或带钩的烙铁头应更新的：1、可以保证良好的热传导效果；2、保证被焊接物的品质。如果换上新的烙铁嘴，受热后应将保养漆擦掉，立即加上锡保养。烙铁的清洗要在焊锡作业前实施，如果5分钟以上不使用烙铁，需关闭电源。海绵要清洗干净不干净的海绵中含有金属颗粒，或含硫的海绵都会损坏烙铁头。
2. 检查吸锡海绵是否有水和清洁，若没水，请加入适量的水（适量是指把海绵按到常态的一半厚时有水渗出，具体操作为：湿度要求海绵全部湿润后，握在手掌心，五指自然合拢即可），海绵要清洗干净，不干净的海绵中含有金属颗粒，或含硫的海绵都会损坏烙铁头。
3. 人体与烙铁是否可靠接地，人体是否佩带静电环。

② 焊接步骤 烙铁焊接的具体操作步骤可分为五步，称为五步工程法，要获得良好的焊接质量必须严格的按下图五操作。
按上述步骤进行焊接是获得良好焊点的关键之一。在实际生产中，最容易出现的一种违反操作步骤的做法就是烙铁头不是先与被焊件接触，而是先与焊锡丝接触，熔化的焊锡滴落在尚末预热的被焊部位，这样很容易产生焊点虚焊，所以烙铁头必须与被焊件接触，对被焊件进行预热是防止产生虚焊的重要手段。
③ 焊接要领

1. 烙铁头与两被焊件的接触方式 接触位置：烙铁头应同时接触要相互连接的2个被焊件（如焊脚与焊盘），烙铁一般倾斜45度，应避免只与其中一个被焊件接触。当两个被焊件热容量悬殊时，应适当调整烙铁倾斜角度，烙铁与焊接面的倾斜角越小，使热容量较大的被焊件与烙铁的接触面积增大，热传导能力加强。如LCD拉焊时倾斜角在30度左右，焊麦克风、马达、喇叭等倾斜角可在40度左右。两个被焊件能在相同的时间里达到相同的温度，被视为加热理想状态。 接触压力：烙铁头与被焊件接触时应略施压力，热传导强弱与施加压力大小成正比，但以对被焊件表面不造成损伤为原则。
2. 焊丝的供给方法 焊丝的供给应掌握3个要领，既供给时间，位置和数量。 供给时间：原则上是被焊件升温达到焊料的熔化温度是立即送上焊锡丝。 供给位置：应是在烙铁与被焊件之间并尽量靠近焊盘。 供给数量：应看被焊件与焊盘的大小，焊锡盖住焊盘后焊锡高于焊盘直径的1/3既可。
3. 焊接时间及温度设置 A、温度由实际使用决定，以焊接一个锡点4秒最为合适，最大不超过8秒，平时观察烙铁头，当其发紫时候，温度设置过高。 B、一般直插电子料，将烙铁头的实际温度设置为（350~370度）；表面贴装物料（SMC）物料，将烙铁头的实际温度设置为（330~350度） C、特殊物料，需要特别设置烙铁温度。FPC，LCD连接器等要用含银锡线，温度一般在290度到310度之间。 D、焊接大的元件脚，温度不要超过380度，但可以增大烙铁功率。
4. 焊接注意事项 A、焊接前应观察各个焊点(铜皮)是否光洁、氧化等。 B、在焊接物品时,要看准焊接点，以免线路焊接不良引起的短路

④操作后检查： 1. 用完烙铁后应将烙铁头的余锡在海绵上擦净。 2. 每天下班后必须将烙铁座上的锡珠、锡渣、灰尘等物清除干净，然后把烙铁放在烙铁架上。 3. 将清理好的电烙铁放在工作台右上角。