一起虛焊故障的分析與啟示

伍濱 楊萬(wàn)君

總裝某局駐石家莊地區(qū)軍代室

在電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，元器件虛焊問題較為常見，此問題一旦出現(xiàn)又很難查找定位，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是可靠性會(huì)造成很大影響。本文通過描述一起由虛焊引發(fā)故障的解決過程，簡(jiǎn)要說明了故障分析、定位、排除的過程和思路，簡(jiǎn)單探討了避免虛焊問題的一些想法。

一、故障的發(fā)現(xiàn)

兩套某型設(shè)備在聯(lián)試中相繼出現(xiàn)加電一段時(shí)間后無(wú)信號(hào)輸出，設(shè)備電流下降1A左右，關(guān)機(jī)一段時(shí)間后進(jìn)行加電檢查，設(shè)備均輸出正常，電流正常。

二、故障分析及定位

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，出現(xiàn)設(shè)備無(wú)輸出應(yīng)該是發(fā)射機(jī)、終端或電源模塊出現(xiàn)故障造成的。如果終端出現(xiàn)故障，設(shè)備還是會(huì)輸出一個(gè)幅度較低的單載波，不會(huì)無(wú)任何信號(hào)輸出，且電流不會(huì)下降如此之大，因此終端出現(xiàn)故障的可能性不大。如果是電源模塊發(fā)生故障，設(shè)備的電流不會(huì)只下降1A左右，而會(huì)下降的更多，因此電源模塊出現(xiàn)故障的可能性也不大。由此，初步推斷為發(fā)射機(jī)故障，因?yàn)榘l(fā)射機(jī)內(nèi)功放模塊的供電為+10V/1.3A，如果功放模塊故障或者供電不正常，則無(wú)信號(hào)輸出且電流下降1A左右，這些與故障現(xiàn)象相符。

隨后對(duì)兩套設(shè)備同時(shí)進(jìn)行加電考機(jī)試驗(yàn)。第一天加電6個(gè)小時(shí)設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)一切正常。第二天，其中一套設(shè)備加電半個(gè)小時(shí)后出現(xiàn)無(wú)信號(hào)輸出且電流下降的現(xiàn)象，與聯(lián)試中發(fā)現(xiàn)的一致。故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)后，在不斷電情況下對(duì)設(shè)備發(fā)射機(jī)進(jìn)行開蓋檢查，首先查看鎖相源指示燈并用頻譜儀檢查鎖相源輸出信號(hào)，兩項(xiàng)都屬正常；隨后用萬(wàn)用表檢查各元器件電壓，均正常；最后發(fā)現(xiàn)用手按壓功放模塊時(shí)發(fā)射機(jī)輸出恢復(fù)正常，當(dāng)手松開時(shí)設(shè)備無(wú)信號(hào)輸出且電流下降1A左右。用鑷子按壓功放模塊電源端子，按壓之后發(fā)射機(jī)輸出正常，目視觀測(cè)功放模塊電源端子存在焊錫過少的現(xiàn)象，根據(jù)這一表現(xiàn)判斷功放模塊的電源端子存在虛焊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致功放模塊加電不正常，設(shè)備無(wú)信號(hào)輸出。至此該設(shè)備故障定位為由發(fā)射機(jī)功放模塊電源端虛焊造成。

三、機(jī)理分析

功放模塊電路如圖1所示，圖中N1為L(zhǎng)inear公司的LT1764EQ，它是一個(gè)具有3A輸出能力的線性穩(wěn)壓模塊，該模塊帶有使能控制，發(fā)射機(jī)的工作/靜默功能就是控制該模塊的1管腳來實(shí)現(xiàn)，高電平時(shí)有電壓輸出，低電平時(shí)無(wú)輸出。如果該模塊故障無(wú)電壓輸出時(shí)也會(huì)造成無(wú)信號(hào)輸出且電流下降的故障。但當(dāng)設(shè)備故障復(fù)現(xiàn)時(shí)用萬(wàn)用表量N1有電壓輸出且控制管腳電壓也正常為+5V，因此排除N1出現(xiàn)故障的可能。功放模塊供電電壓為+10V，工作加激勵(lì)時(shí)電流為1.3A，不加激勵(lì)時(shí)電流為1A，內(nèi)部采用了金絲鍵合的工藝，如果該模塊損壞則徹底無(wú)輸出，此過程為不可逆，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞現(xiàn)象；如果功放模塊內(nèi)部某級(jí)放大器出現(xiàn)故障，它的表現(xiàn)現(xiàn)象是電流下降一些，輸出信號(hào)幅度低，也不會(huì)出現(xiàn)電流下降1A及無(wú)任何信號(hào)輸出的情況。如果功放模塊出現(xiàn)自激的情況，它的表現(xiàn)是電流可能還會(huì)變大及輸出新的頻率的信號(hào)，也與本次故障的現(xiàn)象不符。因此從原理上分析也確定了故障原因?yàn)楣Ψ殴╇姸顺霈F(xiàn)虛焊所致。綜合此次故障可能是由于功放電源端子焊錫過少，本身功放模塊發(fā)熱量較大，且電源端需要經(jīng)過大電流，因此經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的熱脹冷縮溫度變化后導(dǎo)致虛焊，最終導(dǎo)致功放模塊加電不正常無(wú)信號(hào)輸出。

圖1 功放模塊電路原理圖

四、解決措施

對(duì)發(fā)生故障的兩套設(shè)備中的功率放大器均重新焊接，并于放大鏡下觀察焊點(diǎn)，確保符合焊接要求。其后對(duì)設(shè)備分別做了溫度應(yīng)力試驗(yàn)，高溫設(shè)置為：+60℃，保持加電4個(gè)小時(shí)，低溫設(shè)置為：-50℃，保持加電4個(gè)小時(shí)。在加電過程中兩套設(shè)備均未出現(xiàn)無(wú)信號(hào)輸出現(xiàn)象，輸出功率均大于33dBm，指標(biāo)一切正常。

五、虛焊產(chǎn)生原因分析

從有關(guān)數(shù)據(jù)及文獻(xiàn)資料表明近一半的電子電路故障是由于虛焊造成的，且虛焊不易察覺因此容易造成早期返修率高。虛焊產(chǎn)生的常見原因分為以下幾種：

（1）設(shè)計(jì)原因。由于印制板設(shè)計(jì)時(shí)焊盤設(shè)計(jì)尺寸過小，導(dǎo)致焊接時(shí)焊錫過少造成虛焊。

（2）工藝原因。印制板在焊接前清潔工作沒有做到位或者元器件的管腳存在氧化現(xiàn)象。

（3）焊劑的原因。使用了質(zhì)量不過關(guān)的焊錫（純度不夠）或者焊錫點(diǎn)少了也會(huì)造成虛焊。

（4）元器件引腳存在吃力現(xiàn)象。如果元器件安裝不到位，或者元器件本身比較重，或者印制板存在變形都會(huì)使得元件引腳對(duì)焊點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力，在此應(yīng)力長(zhǎng)期的作用下會(huì)產(chǎn)生虛焊。

（5）熱脹冷縮。焊接時(shí)電烙鐵使用不當(dāng)，致使被焊件的雙方熱量不均勻可導(dǎo)致虛焊。電烙鐵頭遠(yuǎn)離焊點(diǎn)或者焊件較遠(yuǎn)，造成焊錫包裹元器件管腳熱量不夠而形成虛焊。或者由于元器件引腳和焊錫材質(zhì)不同，其熱膨脹系數(shù)不同，伴隨著功放模塊開關(guān)機(jī)時(shí)溫度的冷熱變化就會(huì)產(chǎn)生虛焊，此類虛焊常發(fā)生在過大電流、耗散功率大、發(fā)熱量大的部位。

六、避免虛焊的幾項(xiàng)措施

針對(duì)虛焊產(chǎn)生的一系列原因，在生產(chǎn)中應(yīng)注重從以下幾個(gè)方面避免虛焊：

（1）電路板焊盤寬度應(yīng)大于元器件焊腳的尺寸，避免因焊盤尺寸過小焊錫量不足，造成虛焊。

（2）焊接前應(yīng)首先對(duì)器件焊腳進(jìn)行清理，確保管腳不存在氧化現(xiàn)象，然后對(duì)管腳進(jìn)行鍍錫，并將管腳向下彎折確保搭焊在焊盤上，最后焊接時(shí)使用助焊劑助焊并控制好烙鐵的溫度及焊接時(shí)間，確保焊錫完全融化后再移開烙鐵，且移開后不晃動(dòng)元器件，同時(shí)焊錫的用量也需適量。

（3）使用優(yōu)質(zhì)焊錫和助焊劑

（4）對(duì)自身重量較大的器件采取輔助固定措施。

（5）調(diào)試階段盡量避免觸碰大規(guī)模集成電路管腳，并加強(qiáng)整機(jī)的老化篩選試驗(yàn)及加電老煉，盡量將虛焊的現(xiàn)象在早期暴露。