在電子制造領(lǐng)域，焊接可靠性是決定產(chǎn)品性能與壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而空洞率則是影響焊接質(zhì)量的核心指標(biāo)。從消費(fèi)電子到軍工航天，空洞問題可能引發(fā)電氣性能下降、機(jī)械強(qiáng)度減弱等一系列風(fēng)險，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品失效。

本文將深入分析空洞對焊接可靠性的危害，系統(tǒng)梳理空洞成因，并提出有效解決方案。

 

PART.01 空洞的危害

焊接過程中形成的空洞，看似微小卻能對電子元件的性能與安全造成多維度沖擊。從影響機(jī)制來看，空洞的危害主要體現(xiàn)在三大核心領(lǐng)域：

 

 

1. 電氣性能

空洞會顯著增加焊點電阻，引發(fā)焦耳熱效應(yīng)。局部過熱不僅破壞電路穩(wěn)定性，還會加速焊料氧化，形成 “電阻升高 - 過熱 - 氧化加劇” 的惡性循環(huán)，尤其在高頻信號傳輸場景中，空洞導(dǎo)致的阻抗不連續(xù)會直接造成信號失真，影響設(shè)備通信質(zhì)量。

2. 機(jī)械強(qiáng)度

空洞區(qū)域易成為應(yīng)力集中點。在熱循環(huán)測試或?qū)嶋H使用中，溫度變化引發(fā)的熱脹冷縮會使空洞處產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展后可能導(dǎo)致焊點斷裂，破壞電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性，對于汽車電子、工業(yè)設(shè)備等需承受振動、沖擊的產(chǎn)品，這種風(fēng)險更為突出。

3. 可靠性能

大電流應(yīng)用場景下，空洞引發(fā)的局部過熱可能燒毀焊點，導(dǎo)致短路故障；而在長期服役過程中，柯肯多爾空洞等特殊類型的空洞會隨老化進(jìn)程不斷擴(kuò)大，進(jìn)一步降低焊點壽命，增加設(shè)備突發(fā)故障的概率。

值得注意的是，部分空洞可在一定程度上釋放應(yīng)力、減緩裂紋擴(kuò)展，但從整體可靠性角度出發(fā)，空洞率的嚴(yán)格管控仍是焊接的核心需求。

 

PART.02 空洞的類型

空洞的形成并非單一因素導(dǎo)致，不同類型的空洞對應(yīng)著不同的成因，需通過 “對癥下藥” 的方式制定解決方案。

1. 根據(jù)形態(tài)與形成機(jī)制，可將空洞分為四類：球形空洞、異形空洞、柯肯多爾空洞、收縮空洞。

 

 

 

 

（1）球形空洞：多由氣體滯留引發(fā)，氣體主要來源包括以下三大類。

1. PCB 基板內(nèi)樹脂分子與宏觀物理缺陷（如空隙、微裂紋）中儲存的濕氣。

2. 助焊劑中有機(jī)酸、無機(jī)酸與松香在去除金屬氧化物時反應(yīng)生成的水。

3. PCB 與焊膏在存儲、使用過程中吸收的環(huán)境濕氣（吸收程度與材料成分、環(huán)境溫濕度及暴露時間相關(guān)）。

針對此類空洞，需從材料與工藝雙管齊下：

材料端：選用低揮發(fā)助焊劑（如氫化松香），通過優(yōu)化助焊劑配方減少氣體生成；

工藝端：采用階梯式預(yù)熱，通過梯度升溫促進(jìn)溶劑與濕氣充分揮發(fā)，避免氣體在焊點內(nèi)滯留。

 

（2）異形空洞：異形空洞的核心成因是焊盤污染、氧化或助焊劑活性不足，導(dǎo)致焊料無法均勻覆蓋焊盤。異形空洞重點要解決潤濕不良問題：

材料端：可選擇潤濕性更好的，同時采用合適沸點的溶劑載體增強(qiáng)助焊劑活性；

工藝端：引入等離子清洗技術(shù)，有效去除焊盤表面的氧化物與雜質(zhì)，為焊料潤濕創(chuàng)造良好條件。

 

（3）柯肯多爾空洞：由 Kirkendall 擴(kuò)散效應(yīng)形成，常見于長期高溫老化場景 —— 兩種不同材料的擴(kuò)散速率差異會導(dǎo)致界面處產(chǎn)生空隙。解決這一問題的關(guān)鍵在于抑制金屬擴(kuò)散，以應(yīng)對長期高溫老化：

材料端：可在焊盤添加 Ni/Co 微合金，或選用含 Cu 的錫膏微合金，通過調(diào)整成分減緩 Cu 元素的擴(kuò)散速度，從根源減少空洞生成。

 

（4）收縮空洞：收縮空洞多因焊料冷卻速率過快導(dǎo)致，焊料在快速凝固過程中易因體積收縮形成空隙。通過調(diào)整工藝、優(yōu)化冷卻速率是收縮空洞的主要解決路徑：需將冷卻速率從常規(guī)的 3℃/s 降至 1℃/s，通過優(yōu)化冷卻曲線確保焊料均勻收縮，避免局部收縮不均產(chǎn)生空洞。

 

2. 根據(jù)空洞的邊界輪廓、內(nèi)部充盈物及對焊點可靠性的影響，我們又可將其分為良性空洞與惡性空洞。

 

（1）良性空洞

空洞邊界輪廓清晰，空洞內(nèi)部充盈無腐蝕性的中性氣體。此類空洞只要其面積不過于超標(biāo)，不會構(gòu)成可靠性問題。

 

 

（2）惡性空洞

空洞邊界輪廓模糊，空洞內(nèi)部充盈含化學(xué)腐蝕性氣體或化學(xué)腐蝕性污染物。出現(xiàn)此類空洞是不可接受的，因為會越過空洞邊界，向周面焊料深層發(fā)生浸潤性腐蝕，造成焊點內(nèi)部不斷被損壞，從而構(gòu)成嚴(yán)重的可靠性隱患。

 

PART.03 唯特偶解決方案

針對各行業(yè)對空洞管控的嚴(yán)苛需求，唯特偶推出低空洞錫膏產(chǎn)品系列，并結(jié)合材料創(chuàng)新與工藝適配，為不同應(yīng)用場景提供一站式空洞解決方案，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下維度：

 

 

（1）從源頭控制空洞風(fēng)險

唯特偶在材料選擇與存儲環(huán)節(jié)建立嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，從源頭控制空洞風(fēng)險，其中包括：選用低空洞、高可靠錫膏（如唯特偶WTO-LF9400-LV、SAC305YM333、WTO-9400A-HR等型號），同時提供完善的防潮防氧化指導(dǎo) —— 錫膏需低溫密封存儲、合理回溫，PCB 板與電子元器件需做好防潮措施，防止吸潮引發(fā)氣體型空洞。

 

（2）定制化工藝管控

在工藝適配方面，唯特偶針對不同設(shè)備與產(chǎn)品特性，提供定制化參數(shù)建議，全方位減少空洞生成條件：

鋼網(wǎng)開孔設(shè)計需增加大焊盤通氣通道，同時確保足夠錫量。

貼片壓力與位移量需精準(zhǔn)調(diào)控（位移量可適當(dāng)下調(diào) - 0.5-0.7mm，避免壓力過小導(dǎo)致焊料分布不均）。

爐溫曲線優(yōu)化則需延長保溫時間、將峰值溫度控制在偏下限區(qū)間。

爐膛內(nèi)壓力與環(huán)境溫濕度也需保持合理范圍。

 

（3）適配多領(lǐng)域嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)

 

圖：不同應(yīng)用場景的空洞標(biāo)準(zhǔn)

 

不同行業(yè)對焊接可靠性的要求差異顯著（通用標(biāo)準(zhǔn)如上圖），唯特偶低空洞錫膏可精準(zhǔn)匹配各領(lǐng)域的參考標(biāo)準(zhǔn)，滿足從消費(fèi)電子到軍工航天的全場景需求：

 

1. WTO-9400-LV

 

多樣的合金選擇可適配不同焊接場景下的熱膨脹系數(shù)需求，減少因材料熱匹配差異導(dǎo)致的空洞；

可選細(xì)粒徑粉末，能提升焊料與焊盤的接觸面積，優(yōu)化潤濕效果，減少因潤濕不良產(chǎn)生的異形空洞；

合理的金屬與助焊劑比例可平衡助焊劑揮發(fā)量，避免過多氣體滯留形成球形空洞。

該產(chǎn)品可滿足消費(fèi)電子、工業(yè)設(shè)備等多領(lǐng)域需求。

 

2. SAC305YM333

 

其合金配比在高溫環(huán)境下具有穩(wěn)定的金屬擴(kuò)散速率，能減緩柯肯多爾空洞的形成速度，適配長期高溫服役的場景。

Type 4.5 和 Type 5的細(xì)粒徑粉末可提升焊料流動性，促進(jìn)焊料在焊盤上的均勻鋪展，減少收縮空洞。

適宜的粘度能保證印刷時焊料成型性，避免因焊料塌陷導(dǎo)致的焊點內(nèi)部空隙，同時助力焊料在回流過程中充分填充焊盤，降低空洞率。

 

該產(chǎn)品在保障低空洞的同時，兼顧環(huán)保與可靠性，適用于工業(yè)通信設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域。

 

3. WTO-9400A-HR

 

提供三種合金成分選擇，不同 Ag 含量的合金可調(diào)節(jié)焊點的熔點與機(jī)械強(qiáng)度，適配不同溫度區(qū)間的焊接工藝，減少因工藝溫度波動導(dǎo)致的空洞。

細(xì)粒徑粉末能增強(qiáng)焊料與焊盤的潤濕結(jié)合，減少氣體滯留空間。

 

對金屬和助焊膏含量的控制更為精準(zhǔn)，可進(jìn)一步穩(wěn)定助焊劑揮發(fā)速率與焊料凝固過程，降低空洞產(chǎn)生的隨機(jī)性。

該產(chǎn)品在低空洞基礎(chǔ)上同時保障了焊接可靠性，因此適用于對空洞率管控要求極高的軍工、航天等領(lǐng)域，能在極端環(huán)境下維持焊點完整性，減少空洞引發(fā)的故障風(fēng)險。

 

隨著電子設(shè)備向小型化、高功率、高可靠性方向發(fā)展，焊接空洞的管控難度與重要性日益凸顯。從空洞成因分析到材料工藝優(yōu)化，每一個環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)把控都是提升焊接可靠性的關(guān)鍵。唯特偶低空洞錫膏系列憑借全鏈條的解決方案、多領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)適配能力，為企業(yè)攻克空洞難題提供了高效選擇，助力電子制造行業(yè)實現(xiàn)更高質(zhì)量、更穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品升級。