PCB锡珠与空洞缺陷：隐藏的可靠性杀手

来源：捷配时间: 2025/12/17 09:39:03 阅读: 37

在PCB焊接缺陷中，锡珠与空洞是隐蔽性强、对可靠性影响极大的两类问题，尤其在高密度、高可靠性产品（如航空航天、汽车电子、医疗设备）中，这两类缺陷直接决定产品的使用寿命。锡珠与空洞常伴随出现，但其形成机理与管控策略截然不同，需要技术人员针对性分析与处理。

锡珠缺陷的本质是焊料的 “飞溅残留”，而空洞缺陷则是焊料内部或焊接界面的 “气体残留”。锡珠多分布在元器件表面、焊盘边缘或 PCB 的非导电区域，直径通常在 0.1-0.3mm；空洞则存在于焊点内部或焊料与焊盘的界面之间，通过肉眼无法观察，需借助 X-Ray 检测才能发现。根据 IPC-A-610 标准，焊点内部空洞面积超过焊点总面积的 25% 时，判定为不合格；空洞面积在 10%-25% 之间时，需评估对产品可靠性的影响。

一、锡珠与空洞的形成机理

（一）锡珠的形成原因

锡珠的产生与锡膏特性、回流焊工艺、PCB 清洁度密切相关。一是锡膏吸潮，存储或使用过程中吸收空气中的水分，回流时水分汽化，冲破熔化的焊料形成飞溅；二是预热温度曲线不合理，升温速率过快，助焊剂急剧挥发产生气体，推动焊料飞溅；三是钢网印刷不良，钢网与 PCB 分离速度过快，锡膏被拉伸成丝状残留，回流后收缩成锡珠；四是 PCB 表面存在油污、灰尘，影响焊料润湿，导致焊料分散成锡珠。

（二）空洞的形成原因

空洞的产生核心是气体无法及时排出焊点。气体来源主要有四个方面：一是锡膏中的助焊剂挥发产生的气体，若预热不充分，助焊剂未完全分解，残留气体被困在焊点内部；二是 PCB 焊盘或元器件引脚表面的氧化层、油污，焊接时氧化层分解产生气体；三是 PCB 通孔或焊盘设计不合理，存在盲孔、埋孔，孔内空气无法排出；四是回流焊时氮气保护不足，焊料氧化产生气体。捷配针对高可靠性 PCB 产品，采用真空回流焊工艺，在焊接过程中抽真空，有效排出焊点内部的气体，将空洞率控制在 5% 以下。

二、锡珠与空洞的危害对比

锡珠的主要危害是引发短路，尤其是在高密度 PCB 中，导电间距小于 0.3mm 的区域，锡珠脱落会导致相邻线路短路，引发设备故障。此外，锡珠还会影响产品的外观一致性，降低客户满意度。

空洞的危害则更为隐蔽且严重。一是降低焊接强度，空洞会减少焊料与焊盘的接触面积，导致焊点抗振动、抗冲击能力下降，在长期使用中易出现焊点断裂；二是影响散热性能，空洞会阻碍热量传导，导致元器件工作温度升高，加速老化；三是引发电化学腐蚀，空洞内部的湿气和杂质会形成腐蚀电池，导致焊点锈蚀，最终引发断路。在汽车电子 PCB 中，焊点空洞是导致车载设备在高温、振动环境下失效的主要原因之一。

三、锡珠与空洞的检测技术

（一）锡珠的检测

锡珠属于外观缺陷，可通过人工目视 + AOI 光学检测实现。人工目视检测时，借助放大镜观察元器件周围、焊盘边缘是否有锡珠分布；AOI 设备则通过图像识别技术，自动检测锡珠的位置、大小和数量，并与标准参数对比，判定是否合格。

（二）空洞的检测

空洞属于内部缺陷，必须采用X-Ray 检测。X-Ray 设备通过 X 射线穿透焊点，形成透视图像，技术人员可根据图像灰度判断空洞的位置和面积。对于 BGA、CSP 等倒装器件，还可采用3D X-Ray 检测，构建焊点的三维模型，精准测量空洞的体积和分布。捷配在高可靠性 PCB 生产中，配备了全自动 3D X-Ray 检测线，对每一颗 BGA 器件的焊点进行 100% 检测，确保空洞率符合客户要求。

四、锡珠与空洞的综合管控方案

针对锡珠与空洞的协同管控，捷配总结出 **“材料 - 工艺 - 设计 - 检测” 四位一体 ** 的解决方案。

1. 材料管控：源头杜绝隐患

锡膏选型：采用低挥发、高稳定性的无铅锡膏，助焊剂含量控制在 9%-11%，颗粒度选择 Type 4 或 Type 5，提升印刷均匀性。
存储规范：锡膏冷藏存储（0-10℃），使用前回温 4 小时以上，避免吸潮；PCB 来料真空包装，存储在湿度≤40% 的环境中，防止焊盘氧化。
助焊剂选择：采用活性适中的助焊剂，避免过度活化导致焊料飞溅。

2. 工艺优化：精准控制制程

回流焊温度曲线：采用 “缓慢升温、充分预热、平稳冷却” 的策略，预热区温度 120-150℃，升温速率≤1.5℃/ 秒，保温时间 80-100 秒，确保助焊剂充分挥发；峰值温度 235-240℃，保温 10-15 秒；冷却速率≤2℃/ 秒，减少焊点应力。
锡膏印刷工艺：钢网厚度控制在 0.12-0.15mm，开孔尺寸为焊盘尺寸的 60%-70%；钢网与 PCB 分离速度调整为 0.5mm / 秒，减少锡膏拉伸残留；印刷后采用 SPI 检测，确保锡膏无漏印、少印。
氮气保护：回流焊时通入氮气，浓度≥95%，减少焊料氧化，提升润湿性，降低空洞率。