一起虛焊故障的分析與啟示

伍濱 楊萬君

總裝某局駐石家莊地區軍代室

在電子產品生產過程中，元器件虛焊問題較為常見，此問題一旦出現又很難查找定位，對產品質量，尤其是可靠性會造成很大影響。本文通過描述一起由虛焊引發故障的解決過程，簡要說明了故障分析、定位、排除的過程和思路，簡單探討了避免虛焊問題的一些想法。

一、故障的發現

兩套某型設備在聯試中相繼出現加電一段時間后無信號輸出，設備電流下降1A左右，關機一段時間后進行加電檢查，設備均輸出正常，電流正常。

二、故障分析及定位

根據故障現象分析，出現設備無輸出應該是發射機、終端或電源模塊出現故障造成的。如果終端出現故障，設備還是會輸出一個幅度較低的單載波，不會無任何信號輸出，且電流不會下降如此之大，因此終端出現故障的可能性不大。如果是電源模塊發生故障，設備的電流不會只下降1A左右，而會下降的更多，因此電源模塊出現故障的可能性也不大。由此，初步推斷為發射機故障，因為發射機內功放模塊的供電為+10V/1.3A，如果功放模塊故障或者供電不正常，則無信號輸出且電流下降1A左右，這些與故障現象相符。

隨后對兩套設備同時進行加電考機試驗。第一天加電6個小時設備狀態指標一切正常。第二天，其中一套設備加電半個小時后出現無信號輸出且電流下降的現象，與聯試中發現的一致。故障現象復現后，在不斷電情況下對設備發射機進行開蓋檢查，首先查看鎖相源指示燈并用頻譜儀檢查鎖相源輸出信號，兩項都屬正常；隨后用萬用表檢查各元器件電壓，均正常；最后發現用手按壓功放模塊時發射機輸出恢復正常，當手松開時設備無信號輸出且電流下降1A左右。用鑷子按壓功放模塊電源端子，按壓之后發射機輸出正常，目視觀測功放模塊電源端子存在焊錫過少的現象，根據這一表現判斷功放模塊的電源端子存在虛焊現象，從而導致功放模塊加電不正常，設備無信號輸出。至此該設備故障定位為由發射機功放模塊電源端虛焊造成。

三、機理分析

功放模塊電路如圖1所示，圖中N1為Linear公司的LT1764EQ，它是一個具有3A輸出能力的線性穩壓模塊，該模塊帶有使能控制，發射機的工作/靜默功能就是控制該模塊的1管腳來實現，高電平時有電壓輸出，低電平時無輸出。如果該模塊故障無電壓輸出時也會造成無信號輸出且電流下降的故障。但當設備故障復現時用萬用表量N1有電壓輸出且控制管腳電壓也正常為+5V，因此排除N1出現故障的可能。功放模塊供電電壓為+10V，工作加激勵時電流為1.3A，不加激勵時電流為1A，內部采用了金絲鍵合的工藝，如果該模塊損壞則徹底無輸出，此過程為不可逆，不會出現時好時壞現象；如果功放模塊內部某級放大器出現故障，它的表現現象是電流下降一些，輸出信號幅度低，也不會出現電流下降1A及無任何信號輸出的情況。如果功放模塊出現自激的情況，它的表現是電流可能還會變大及輸出新的頻率的信號，也與本次故障的現象不符。因此從原理上分析也確定了故障原因為功放供電端出現虛焊所致。綜合此次故障可能是由于功放電源端子焊錫過少，本身功放模塊發熱量較大，且電源端需要經過大電流，因此經過長時間的熱脹冷縮溫度變化后導致虛焊，最終導致功放模塊加電不正常無信號輸出。

圖1 功放模塊電路原理圖

四、解決措施

對發生故障的兩套設備中的功率放大器均重新焊接，并于放大鏡下觀察焊點，確保符合焊接要求。其后對設備分別做了溫度應力試驗，高溫設置為：+60℃，保持加電4個小時，低溫設置為：-50℃，保持加電4個小時。在加電過程中兩套設備均未出現無信號輸出現象，輸出功率均大于33dBm，指標一切正常。

五、虛焊產生原因分析

從有關數據及文獻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。虛焊產生的常見原因分為以下幾種：

（1）設計原因。由于印制板設計時焊盤設計尺寸過小，導致焊接時焊錫過少造成虛焊。

（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象。

（3）焊劑的原因。使用了質量不過關的焊錫（純度不夠）或者焊錫點少了也會造成虛焊。

（4）元器件引腳存在吃力現象。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使得元件引腳對焊點產生應力，在此應力長期的作用下會產生虛焊。

（5）熱脹冷縮。焊接時電烙鐵使用不當，致使被焊件的雙方熱量不均勻可導致虛焊。電烙鐵頭遠離焊點或者焊件較遠，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不同，其熱膨脹系數不同，伴隨著功放模塊開關機時溫度的冷熱變化就會產生虛焊，此類虛焊常發生在過大電流、耗散功率大、發熱量大的部位。

六、避免虛焊的幾項措施

針對虛焊產生的一系列原因，在生產中應注重從以下幾個方面避免虛焊：

（1）電路板焊盤寬度應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）焊接前應首先對器件焊腳進行清理，確保管腳不存在氧化現象，然后對管腳進行鍍錫，并將管腳向下彎折確保搭焊在焊盤上，最后焊接時使用助焊劑助焊并控制好烙鐵的溫度及焊接時間，確保焊錫完全融化后再移開烙鐵，且移開后不晃動元器件，同時焊錫的用量也需適量。

（3）使用優質焊錫和助焊劑

（4）對自身重量較大的器件采取輔助固定措施。

（5）調試階段盡量避免觸碰大規模集成電路管腳，并加強整機的老化篩選試驗及加電老煉，盡量將虛焊的現象在早期暴露。