焊点是一个既导电又具有电阻的连接点，其真正的好坏几乎全部在于看不见的部分：元件底座下方、锡块内部、与焊盘的接口处。切片是阅读这些内容的唯一方法。
本文解释了焊点切片的三个特征 — 润湿角、根部渗透和金属间化合物层 — 以及从切片图像得出结论时的四个常见错误和限制。
1. 为什么焊点必须用切片来评估？
三个主要原因：
- 最重要的部分是不可见的：锡和金属表面之间的结合隐藏在元件底座下方。
- 外观可能会产生误导：从外部看起来不错的焊点内部可能仍然是空心的或者没有完全湿润。
- 有必要区分工艺错误和设计错误：只有内部结构才能告诉我们哪一个是原因。
2. 切片的三个特征
| 特点 | 含义 | 正常体征 | 需要注意的标志 |
|---|---|---|---|
| 润湿角 | 指示锡是否“侵蚀”金属表面 | 光滑的凹面，从焊盘到元件引脚的连续过渡 | 凸面、折角、边界条纹清晰 |
| 圆角高度 | 表示元件引脚上附着的锡量 | 锡沿脚均匀上升，厚度稳定 | 一侧的锡粘附或流入块体的量太少 |
| 金属间化合物层 | 是真正金属结合的证据 | 沿界面均匀薄条 | 看不到条带，或者条带太厚，或者条带不连续 |
这三个特点是相辅相成的。缺少三者之一，关于焊点的结论仍然没有充分依据。
3. 润湿角：怎么读？
润湿角是锡表面与母材表面在界面处形成的角度。如何阅读切片：
- 小角度、凹面：锡分布均匀且粘合良好。
- 大角度、凸面：锡收缩成球状，结合能力较差。
- 清除破碎边界：表面污染或氧化涂层的迹象。
容易忽视的一点是：对于同一个焊点，焊盘侧和元件腿侧的润湿角可能不同。阅读时，应明确指出你所评价的是哪一方。
4. 足部吸收：基准决定结果
| 如何计算 | 怎么做 | 风险 |
|---|---|---|
| 从焊盘表面计算 | 测量从焊盘表面到脚的锡高度 | 忽略位于脚部的锡 |
| 按焊点厚度计算 | 将锡附着高度与焊点中的总引脚厚度进行比较 | 需要清晰识别足部标志 |
| 按元件厚度计算 | 与元件本体的厚度相比 | 不适合长腿组件 |
由于计算方法有多种，报告中必须明确说明所采用的方法。在质量纠纷中，大多数关于“锡够还是锡不够”的分歧，实际上都是质量分歧。
5. 金属间化合物层：金属结合的证据
当熔化的锡与铜接触时，在界面处形成金属间合金层。这证明粘合是在金属层面形成的，而不仅仅是表面粘附。
| 金属间化合物层的状况 | 寓意 | 风险 |
|---|---|---|
| 非常薄或看不见 | 可能是热量不够或者表面不干净 | 结合力弱，受力时容易分离 |
| 薄而连续 | 期望状态 | 不用担心 |
| 异常厚实 | 温度或保温时间过高，或焊点长期在高温下工作 | 性脆，受振动或热冲击时易破裂 |
| 不连续的、中断的 | 未链接区域 | 裂纹起始点 |
注意：即使在产品通过了输出测试之后，金属间化合物层在高温下也会随着时间的推移而继续增厚。因此，评估金属间化合物层需要结合产品的实际工作条件。
6. 焊点切片的四种常见错误
| 错误 | 切片上的标记 | 常见原因 |
|---|---|---|
| 局部少锡 | 锡块很薄，没有覆盖所有元件 | 锡膏量不够，焊盘设计歪斜 |
| 焊点根部裂纹 | 裂纹起源于焊点外缘 | 弯曲电路板时的机械应力、热膨胀差异 |
| 空洞浓度 | 承载区或导热区存在较大空洞 | 空气无法及时逸出，焊膏潮湿，热分布不理想 |
| 不湿 | 锡和表面之间的边界破裂，有间隙 | 表面污染、氧化、涂层质量差 |
7. 从切片图像得出结论时的局限性
- 只看到一架飞机：切片外部的空洞或裂缝不会出现在图像中。
- 小样，数量有限：成功的焊点并不能证明整个电路板是成功的。
- 样品制备的影响：过多的研磨会擦除金属间化合物层或产生假痕迹。
- 不反映整个样本历史记录：多次加热的焊点与仅加热一次的焊点具有不同的结构。
8. 报告中的最低限度信息
- 切割焊点的位置和切割方向。
- 照片放大到足以看到元件引脚和焊盘，并带有刻度。
- 感兴趣区域的单独放大图像（润湿角、金属间化合物层、空洞）。
- 每个功能的结论与描述分开。
- 标准和产品类别适用于评估。
9. 常见问题
外观看起来不错的焊点是否需要切割和检查？
对于第一批、新产品或过程有问题时，应进行检验。外表并不能证明内在联系。
有没有一种方法可以在不破坏样品的情况下测量金属间化合物层？
没有一种非破坏性方法可以在微观尺度上给出相同的结果。超声波和 X 射线可以建议但不能测量金属间化合物层的厚度。
百分之多少的 Void 被视为错误？
该阈值取决于适用的标准、组件类型和产品类别。除了比率之外，还必须考虑每个空洞的大小及其在焊点中的位置。
拍摄时应该选择什么倍率？
采取两层：一层足够宽，可以看到整个焊点及其与焊盘的关系；一层足够高，可以看到金属间化合物层边界。
如果脚垫和脚都很好但仍然有错误怎么办？
此时，应检查焊点以外的因素：来自电路板的应力、组装力或使用过程中的热条件。
10. 结论
焊接切片回答了三个问题：锡是否正确润湿，引脚上是否有足够的锡，以及是否形成了金属结合。这三个答案结合起来可以得出有关焊点的结论。
要做的四件事：在报告中明确说明渗透基准；以两个放大倍数拍摄；始终有一个对照样本；并明确说明由于该方法仅观察一个切面而得出的结论的局限性。
参考资料
- IPC-A-610 — 电子装配验收标准，带引脚的焊点。
- J-STD-001 — 电气焊接和电子组装的要求。
- IPC-TM-650 方法 2.1.1 — 显微切片。
- IPC-7095 — BGA 设计和组装、焊点缺陷评估部分。
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- 切片分析标准体系：IPC-A-600、IPC-6012、IPC-TM-650 2.1.1、J-STD-001 与 IPC-A-610
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