空洞率对产品可靠性的影响

随着电⼦产品的功能不断增强，印制电路板的集成度越来越⾼，器件的单位功率也越来越⼤，特别是在通信、汽车、轨道交通、光伏、军事、航空航天等领域，⼤功率晶体管、射频电源、 LED、IGBT、MOSFET 等器件的应⽤越来越多，这些元器件的封装形式通常为 BGA、QFN、 LGA、CSP、TO 封装等，其共同的特点是器件功耗⼤，对散热性能要求⾼，⽽散热焊盘的空洞率会直接影响产品的可靠性。

贴⽚器件在回流焊接之后，焊点⾥通常都会残留有部分空洞，焊点⾯积越⼤，空洞的⾯积也会越⼤；其原因是由于在熔融的焊料冷却凝固时，焊料中产⽣的⽓体没有逃逸出去，⽽被“冻结”下来形成空洞。影响空洞产⽣的因素是多⽅⾯的，与焊膏选择、器件封装形式、焊盘设计、 PCB焊盘表⾯处理⽅式、⽹板开孔⽅式、回流曲线设置等都有关系。

由于受到空洞的影响，焊点的机械强度会下降，⽽且热阻增⼤，电流通路减⼩，会影响焊点的导热和导电性能，从⽽降低器件的电⽓可靠性。研究表明，电⼦产品失效约有 60% 的原因是由温度升⾼造成的，并且器件的失效率随温度的升⾼呈指数趋势增长，温度每升⾼ 10℃失效率将提⾼⼀倍。

在 IPC-A-610、IPC7095、IPC7093 等规范中，对于 BGA、BTC 类封装器件的焊点空洞进⾏了详细描述，对于可塌落焊球的 BGA 类器件，规定空洞率标准为 30%，⽽其它情况均没有明确标准，需要制造⼚家与客户协商确定；对于⼤功率器件的接地焊盘，⼀些⾼可靠性产品的⽤户对空洞率的要求往往会⾼于⾏业标准，进⼀步降低到10%，乃⾄更低。

因此，对于如何减少此类 SMT 器件焊点中的空洞，是提升产品质量与可靠性的关键问题之⼀。⾏业内⽬前有多种解决⽅案，如采⽤低空洞率焊膏、优化 PCB 焊盘设计、采⽤点阵式⽹板开孔、在氮⽓环境下焊接、使⽤预成型焊⽚，等等，但最终的效果并不不是很理想，针对⼤⾯积接地焊盘，但很难将空洞率稳定控制在 10% 以下。

真空焊接⼯艺可以稳定实现 5% 以下的空洞率，是解决空洞率问题⾮常有效的⼿段；其中的真空⽓相焊技术，由于⼯艺原理与设备结构的原因，并不太适合⼤批量⽣产；因此我们下⾯要讨论的是近年来出现的真空回流焊⼯艺。