00103焊接工藝技術(shù)匯編03無(wú)鉛合金波峰焊接的溫度選擇

1、無(wú)鉛合金波峰焊接的溫度選擇 by al schneider, sanju arora and bin mo本文介紹一種濕潤(rùn)平衡測(cè)試方法，它為幾種具有典型的低固、免洗助焊劑的無(wú)嵌合金建立最佳的波峰焊接溫度。濕潤(rùn)平衡(wetting balance)早就是一種有用的評(píng)估焊錫濕潤(rùn)特性的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，用它來(lái)預(yù)測(cè)在生產(chǎn)場(chǎng)所的印制板裝配工藝中的情況。這里要求三種材料來(lái)進(jìn)行濕潤(rùn)平衡的測(cè)量：基板、助焊劑和焊錫。因此，對(duì)這個(gè)濕潤(rùn)平衡試驗(yàn)有三個(gè)主要方面?；蹇梢允怯∷㈦娐钒灞砻嫔系囊粔K金屬面積、一個(gè)電子元件的引腳或端子。濕潤(rùn)平衡試驗(yàn)使用來(lái)評(píng)估金屬表面的可焊性。試驗(yàn)程序在 ipc j標(biāo)準(zhǔn)-002和-003中有詳細(xì)規(guī)定

2、。濕潤(rùn)平衡試驗(yàn)也可以用作評(píng)估替代焊接助焊劑成分的濕潤(rùn)效果的篩選工具。最近，濕潤(rùn)平衡被用來(lái)評(píng)估幾種替代焊錫合金，特別是無(wú)鉛焊錫的濕潤(rùn)特性。這個(gè)試驗(yàn)是對(duì)無(wú)鉛回流焊接與波峰焊接廣泛研究的一部分，其目的是要評(píng)估材料的兼容性、可焊性和焊接點(diǎn)的質(zhì)量。該研究包括了各種混合的合金、焊接助焊劑、錫膏、板的表面涂層、表面貼裝與通孔元件和一塊專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)板。選擇了濕潤(rùn)平衡儀器來(lái)決定適當(dāng)?shù)腻a爐溫度，以適合各種用于本研究波峰焊接階段中的無(wú)鉛合金。濕潤(rùn)平衡試驗(yàn)方法這里評(píng)估了五種無(wú)鉛焊錫合金，包括錫與銀和銅的二元合金、錫/銀/銅的三元合金和錫/銀/銅與鉍和銻的四元合金。本研究中也包括了共晶的錫/鉛焊錫，用作比較。評(píng)估的專(zhuān)

3、門(mén)合金及其熔化范圍如表一所示。試驗(yàn)基板試驗(yàn)基板是尺寸為1.0x0.5厚度0.005的銅試樣，該試樣按照標(biāo)準(zhǔn)ipc-tm-650符合iso 1634-cu-etp 條件 ha。該試樣是按如下預(yù)清洗的： 在沸騰的異丙醇中去脂 用銅表面調(diào)節(jié)劑去氧化物在純水中沖刷 最后在異丙醇中沖刷濕潤(rùn)平衡試驗(yàn)是用剛清潔的試樣和在 100c下氧化一小時(shí)的干凈試樣進(jìn)行的。表一、試驗(yàn)的合金合金熔化溫度范圍內(nèi)sn63/pb37183csn99.3/cu0.7227csn96.5/ag3.5221csn95.5/ag4/cu0.5217218csn96/ag2.5/bi1/cu0.51214218csn96.2/ag2.5/

4、sb0.5/cu0.82210216c1 美國(guó)專(zhuān)利#4,879,096 2 美國(guó)專(zhuān)利#5,405,577試驗(yàn)參數(shù)焊錫濕潤(rùn)測(cè)試是使用一部濕潤(rùn)平衡測(cè)試儀進(jìn)行的。該儀器的錫鍋連續(xù)地裝滿(mǎn)要試驗(yàn)的每一種合金。把試樣浸入一種低固免洗的試驗(yàn)助焊劑內(nèi)達(dá)到 0.1的深度。然后試樣都懸空在錫鍋之上 0.1預(yù)熱五秒鐘。試樣浸入與從助焊劑和焊錫中抽出的速度都是每秒一英寸。被氧化和未被氧化的銅試樣都是使用該助焊劑。試驗(yàn)是使用一個(gè)范圍的錫鍋溫度進(jìn)行的。每個(gè)焊錫合金、錫鍋溫度和試樣表面條件的組合使用了十五個(gè)試樣。試驗(yàn)結(jié)果每個(gè)濕潤(rùn)平衡試驗(yàn)記錄兩組測(cè)試：濕潤(rùn)時(shí)間和濕潤(rùn)力。記錄的濕潤(rùn)時(shí)間是要求穿過(guò)零濕潤(rùn)力軸的時(shí)間，單位為秒。希望

5、得到短的濕潤(rùn)時(shí)間。記錄的濕潤(rùn)力是最終的濕潤(rùn)力，單位為 n/mm。希望得到大的濕潤(rùn)力。從本研究獲得的濕潤(rùn)平衡結(jié)果在圖 14中介紹。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)代表 15個(gè)讀數(shù)的平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)每個(gè)試驗(yàn)條件都是低的。圖一、每種合金的濕潤(rùn)時(shí)間，使用試驗(yàn)助焊劑和干凈銅圖二、每種合金的濕潤(rùn)力，使用試驗(yàn)助焊劑和干凈銅圖三、每種合金的濕潤(rùn)力，使用試驗(yàn)助焊劑和受氧化的銅圖四、每種合金的濕潤(rùn)力，使用試驗(yàn)助焊劑和受氧化的銅圖一和二表示使用干凈(不被氧化的)銅的每種試驗(yàn)合金和試驗(yàn)助焊劑的濕潤(rùn)時(shí)間和濕潤(rùn)力結(jié)果。圖三和四表示使用被氧化的銅的每種試驗(yàn)合金和試驗(yàn)助焊劑的濕潤(rùn)時(shí)間和濕潤(rùn)力結(jié)果。結(jié)果顯示，271c似乎是當(dāng)使用低固、

6、免洗松香型助焊劑時(shí)對(duì)于這些無(wú)鉛合金的合適的錫鍋溫度。對(duì)于干凈的銅和低固助焊劑，濕潤(rùn)時(shí)間一般對(duì)無(wú)鉛合金減少，直到達(dá)到 271c，然后濕潤(rùn)時(shí)間平穩(wěn)或者隨著溫度升高而稍微增加。類(lèi)似地，濕潤(rùn)力一般增加到 271c，然后平穩(wěn)或者隨著溫度升高而稍微減少。二相與三相的錫、銀和銅合金產(chǎn)生比四相合金和錫/鉛合金較快的濕潤(rùn)時(shí)間和較高的濕潤(rùn)力。錫/銅合金要求最低的 260c溫度來(lái)獲得正向的濕潤(rùn)力。四元合金要求最低 249c的溫度來(lái)獲得正向濕潤(rùn)。錫/銀和錫/銀/銅合金在最低 232c的溫度獲得正向濕潤(rùn)，和錫/鉛對(duì)照焊錫一樣。對(duì)于受氧化的銅和低固助焊劑，不同合金的結(jié)果更加靠近。對(duì)于受氧化的銅基板，271c的錫鍋溫度一般

7、比較低的溫度得到較好的結(jié)果?？墒牵恍┖辖鹪谧畲?277c的試驗(yàn)溫度時(shí)或多或少地得到較好的結(jié)果。二元和三元的錫、銀、銅合金對(duì)于干凈的銅比氧化的銅產(chǎn)生稍微較快的濕潤(rùn)時(shí)間和稍微較高的濕潤(rùn)力。這個(gè)結(jié)果是預(yù)計(jì)到的；氧化的銅較難在冶金的意義上與焊錫濕潤(rùn)。盡管如此，對(duì)于四元合金和錫/鉛對(duì)照樣品，該趨勢(shì)剛好相反。它們實(shí)際上對(duì)受氧化的銅比對(duì)干凈的銅產(chǎn)生稍微較好的濕潤(rùn)平衡結(jié)果。結(jié)論濕潤(rùn)平衡試驗(yàn)表明，當(dāng)使用一種低固、免洗松香型助焊劑時(shí)，對(duì)于所評(píng)估的無(wú)鉛合金，271c是一個(gè)適當(dāng)?shù)腻a鍋溫度。錫/銀、錫/銅和錫/銀/銅合金一般產(chǎn)生最快的濕潤(rùn)時(shí)間和最大的濕潤(rùn)力。各無(wú)鉛合金與錫鍋溫度的適合性必須在實(shí)際的波峰焊接工藝評(píng)估中確

8、認(rèn)，該工藝要使用到通孔與表面貼裝電子元件的印刷電路板。 bibliography 1. bastecki, c. (1997). a benchmark process for the lead-free assembly of mixed technology pcbs, alpha metals publication. 2. ipc. (nov. 2000). ipc/ansi j-std-006a, proposal, appendix a solder alloys, table a-1 composition, and temperature characteristics of

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