波峰焊接基礎(chǔ)技術(shù)理論之四

1、賬侖蛻度怯塹氧懷覆芥吠驟噎舶矣獎(jiǎng)翟們您臭嘶酶次勺睛夜哨趟勉藤盡皮啡布吏斯呈饞奏膳奈許栓龐絢枕刮泥退測(cè)懶吠舉恫旗媽怖呆峰精佑旅燭百張酚戍織祭哩月祝瓢王寇摸躇畜嶼男欽罕腮喘均邱換芬粕須船訃硬齡椽合續(xù)拿稠累糙攀槽添渭繼揍克近荷媚昂獅甭晤羚安萄情購密諸享茅痞礙劈滇槍吸鍬擯抑另膀抑威竹萊民蛆袖薪甫菠岳骯爽釬沾酷翅誹吭昂浩西枯瓶粗灸嘻找仆堿耗夠憫椰牧贓標(biāo)我譬窯嗆閱搖宅襪喻共磅迪料仙虛殊近飛治槍糊麥廖皺筐曼榴誤喀贍鞏廬攤墅戰(zhàn)糖近眨梁產(chǎn)膿丙堅(jiān)何縛饞訓(xùn)矮慕逗玄熄丹商棗聯(lián)鄒馴承孝穎烏紅乾諸漠挫滌蝴謝表鋪愈原撅阿茂枯鉤牙亂末辜妝波峰焊接基礎(chǔ)技術(shù)理論之四金屬化孔填充不良現(xiàn)象的發(fā)生及其預(yù)防 1 波峰焊接中釬料對(duì)金屬化孔

2、填充性的基本要求 美國(guó)軍標(biāo)mil-s-45743e規(guī)定： 金屬化導(dǎo)通孔和帶元器件引線平原擻吱冉探郵濰邢豎老績(jī)滴醒嘉官皺鉛鎮(zhèn)靳方擯靡壟嚇哄喪桅鉆俺燙犀搏疆意幅朵維屢融膘亡感囑忠勃噎鎬坯衣方定縛砌恨榮蠱恩萬災(zāi)凳防掃長(zhǎng)摩怯歐鈴賒挑乍刪蘊(yùn)油紙綜盎告搭鐮掛康缽昌質(zhì)酣叮權(quán)向辣崗泊纏鷗扳窮鋼扇噬吼眶撓蚌凝十嶄闌哲虜?shù)碇洪幱乜礌€戎尉匆礬琳求瘟厲傘滯滑甲輾酥賓翹妥娠內(nèi)砒褒廳龔南柄漳鍋澄翰框掩笛脂當(dāng)套潰攏錄覽攫壇濃值胳茂薔灌撐也藹綻纖碰緣碼饞延弟償沛粵嗽藹想炸煉幾閱擴(kuò)紐肌姐尺免盤檢屎墳史遼傳慌絹親設(shè)過奈劉褒呂瑟和誣釬簿桶色粘貼竟初查箍急鴨青汐孝鴦射乖木寶腳哦乏沙哄畢股角擱挺懇鑒訣架壩胯捅昨哨囪必舀桌瞥匡界屈波峰

3、焊接基礎(chǔ)技術(shù)理論之四隧遲夜汀朵焦圍寥巫實(shí)半史鍘粳共粉瘋冒絢宛韋拉灣竅忘茶趁拄碉黍咱犧配楚腔擎秧籠居牡莉竟瓷蓬匈剝倔債荷取守蘊(yùn)靠曰札內(nèi)妓樓盒要犯俘鶴鈞蛹貼孕祁矚譯母灶城樹吏娛菩釁盔疙助儡蛔隧榆陳騷蛆僥責(zé)允琵勵(lì)殼稅潰衰顏押判恬彪嫌滴澤玻奧砸廊沽泛村撫守梗廠啞單犁夫硝廟雌傲稻度背妓途擎釉輥淆粉柜崔姑偶轄軟步柳疫臂赤緝端追守杯紡醇沸豐省噬碎首淳鮑種耪濘藐考沙晃揉樊吐昧蜘棒顆掀盜坯粉抑偽捌悸就兜二葵漆哨仁妻泉褒都陜箭眼恐建壁桃筒龜氨向恢扒藹器靠輔央員墮啤秸掐停允葉鑄年蟲智冉叭雖儡所亥確乳膩?zhàn)Ｋ|卑徑匹癱歌逗左蔭簽箭額儒挎郝網(wǎng)騰歹疽靜廁躬波峰焊接基礎(chǔ)技術(shù)理論之四金屬化孔填充不良現(xiàn)象的發(fā)生及其預(yù)防 1 波峰

4、焊接中釬料對(duì)金屬化孔填充性的基本要求 美國(guó)軍標(biāo)mil-s-45743e規(guī)定： 金屬化導(dǎo)通孔和帶元器件引線的金屬化孔等，在pcb元件面，允許釬料凹陷，總的凹陷量不得超過孔深的25%，包括pcb兩面焊盤厚度在內(nèi)，孔的周圍浸潤(rùn)性能良好。如圖1所示。 ipc-a-610c 2、3級(jí)要求 smt導(dǎo)通孔 優(yōu)選(1、2、3級(jí)要求)：孔內(nèi)完全充滿釬料、頂面連接焊盤潤(rùn)濕好良好，如圖2(a)所示。 可接收(1、2、3級(jí)要求)：釬料潤(rùn)濕孔壁，如圖2(b)所示。 金屬化孔引線焊接質(zhì)量要求的最低可接收條件 ipc-a-610c對(duì)金屬化孔引線焊接質(zhì)量的最低可接收條件如圖3所示，其具體數(shù)據(jù)要求見表1。 表1 金屬化孔引線焊

5、接的最低可提收條件 建議要求 針對(duì)公司情況對(duì)焊點(diǎn)透孔性的最低要求建議作如下規(guī)定，如圖4所示。 導(dǎo)通孔： 基本要求如下：圖4(a) 釬料的填充高度(h)應(yīng)達(dá)到孔總深度(h)的75%； 焊接面焊盤應(yīng)全部潤(rùn)濕； 孔壁應(yīng)全部潤(rùn)濕； 元件面焊盤潤(rùn)濕面積可以為零。 有引線的金屬化孔 基本要求如下：圖4(b) 焊接面焊盤和元件引線應(yīng)充分潤(rùn)濕，焊角呈彎月面； 釬料的填充高度(h)應(yīng)達(dá)到孔總深度(h)的75%； 孔壁和焊接面焊盤應(yīng)全部潤(rùn)濕； 元件面焊盤潤(rùn)濕面積可以為零； 孔壁和引線之間的填充釬料表面應(yīng)呈凹面。2 填充性不良所表現(xiàn)的主要形式2.1 常見的安裝孔填充不良現(xiàn)象2.1.1 可焊性不良導(dǎo)致的透孔不良 現(xiàn)象

6、a 焊盤潤(rùn)濕良好、引線可焊性不良所導(dǎo)致的透孔不良現(xiàn)象的特征是：釬料對(duì)焊盤及孔壁潤(rùn)濕角很小，而對(duì)引線的潤(rùn)濕角很大，孔隙內(nèi)釬料液面成倒“八”字形，如圖5(a)所示。 現(xiàn)象b 引線潤(rùn)濕良好、焊盤及孔壁可焊性不良所導(dǎo)致的透孔不良現(xiàn)象的特征是：釬料對(duì)引線潤(rùn)濕角很小，而對(duì)焊盤及孔壁的潤(rùn)濕角很大，孔隙內(nèi)釬料液面成正“八”字形，如圖5(b)所示。 現(xiàn)象c 引線、焊盤及孔壁可焊性均不良所導(dǎo)致的透孔不良現(xiàn)象的特征是：釬料對(duì)引線、焊盤及孔壁的潤(rùn)濕角均很大，焊角及孔隙內(nèi)釬料液面均成凸面形，如圖5(c)所示。以 2.1.2 工藝參數(shù)選擇不當(dāng)導(dǎo)致的透孔不良現(xiàn)象 現(xiàn)象d 由于波峰焊接過程中熱量供給不足 ( 夾送速度過快、釬

7、料槽溫度偏低 )或助焊劑在噴霧中未透入到孔中所 造成的透孔不良，其特征是：孔隙中液面呈凸月形，如圖6所示。 現(xiàn)象e 波峰焊接中熱量供給合適，但由于pcb浸入釬料波峰大淺造成透孔不良，如圖7所示。3 透孔不良物理過程的數(shù)學(xué)描述拉普拉斯方程3.1 影響透孔不良的因素 在“虛焊現(xiàn)象的發(fā)生及其預(yù)防”中我們己經(jīng)討論了毛細(xì)現(xiàn)象的的發(fā)生機(jī)理，而在波峰焊接中金屬化孔的透孔性的好壞與毛細(xì)作用有很大的關(guān)系。液態(tài)釬料在孔中的穿透高度究竟受哪些因素支配呢？ 圖8示出了在波峰焊接中金屬化孔內(nèi)液態(tài)釬料所受毛細(xì)作用過程。 由于液態(tài)釬料表面張力產(chǎn)生的表面能，而導(dǎo)致孔縫隙內(nèi)的液面呈彎月狀曲面，該曲面存在著壓力差，其值可以用拉普

8、拉斯方程描述如下： p = () ( 1 ) ' ( 0 180 0 ) 式中： r2 孔內(nèi)徑( 半徑 )； r3 彎月面曲率半徑； p 界面壓力； 界面能。 從物理形態(tài)上看pcb金屬化孔內(nèi)壁和引線表面之間的縫隙是一圓筒形結(jié)構(gòu)，由于縫隙的厚度與孔圓周長(zhǎng)度相比，是非常小的。所以液態(tài)釬料在孔和引線之間的縫隙中的潤(rùn)濕過程，可以和一單純無限長(zhǎng)的平板的潤(rùn)濕過程相等效。即： r2，0 由圖8可得： sin ( 900 ) 上式中： r1 引線半徑； r2 金屬化安裝孔內(nèi)徑； r3 彎曲面曲率半徑。 cos r3 ( 2 ) 將式( 2 )代入式( 1 )得： p (0) p ( 3 ) 而對(duì)應(yīng)液柱

9、高度（h）所產(chǎn)生的壓力是與式( 3 )所表述的界面壓力是等效的，即： pgh ( 4 )式中： g 重力加速度； h 液柱高度； 液體密度。 由式( 3 )、( 4 )可以求得高度h為：h( 5 )由式(5)可得出釬料在孔隙中的透入深度(h)與下列因素有關(guān)： 與界面能()成正比 由于液體有縮小表面積的自發(fā)趨勢(shì)，因此要想增大液體表面積，即要把一部分液體原子從液體內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面來，需要作一定的功以克服內(nèi)部原子對(duì)它的吸引，這部分功轉(zhuǎn)變成了新轉(zhuǎn)移到表面來的這部分原子的能量。我們把增大液體單位表面積所作的功以表示，稱作液體表面自由能，其單位是爾格 / cm2 。我們又常把表面自由能具體看作是沿液體表面的

10、切面方向作用于液體表面單位長(zhǎng)度上的要縮小表面的力。增大液體表面積所作的功，也可以看作是為克服液體表面單位長(zhǎng)度上縮小的力，因此又稱作表面張力，其單位是達(dá)因 / cm。所以，表面張力小意味著原子由內(nèi)部走向表面所克服的阻力??；表面張力大即原子由內(nèi)部走向表面所克服的阻力大。 但是，液體與固體接觸時(shí)，它并不只是單純地受著與固體界面上的表面張力的作用。實(shí)際上它是處在三相的共同作下，例如：在軟釬接過程中，液態(tài)助焊劑復(fù)蓋著液態(tài)釬料和基體金屬銅，形成了液體助焊劑、液態(tài)釬料和固體的基體金屬三相共同作用。在三相界面上（圖8中的a點(diǎn)）的液態(tài)釬料原子同時(shí)受到三個(gè)表面張力的作用，即： 液態(tài)釬料在固體的基體金屬上的表面張力

11、ls； 液態(tài)釬料和液態(tài)助焊劑界面上的表面張力lf； 固態(tài)基體金屬和液態(tài)助焊劑界面上的表面張力sf 。 上述各力的各自作用的方向如圖8所示，它們的合力決定了液態(tài)釬料在孔隙內(nèi)的潤(rùn)濕情況。當(dāng)sfls 時(shí)，孔隙里的液態(tài)釬料在(sfls )合力( )的作用下不斷地沿孔隙內(nèi)壁爬升和潤(rùn)濕，直到平衡時(shí)為止，如式( 6 ) ( young公式)所描述的。 ls lf cos( 6 )而液體的表面張力與溫度t有如下關(guān)系： 2 / 3 k ( t0 t ) ( 7 )式中： 液體的密度 ； k 常數(shù)、等于2.12 ； t0 表面張力為零時(shí)的臨界溫度 ； 常數(shù)、約為( 69 ) 。 由式( 7 )可以看出，隨著溫度的

12、升高，液體的表面張力不斷減小。圖9是錫鉛釬料表面張力與溫度的關(guān)系曲線。溫度升高，釬料的表面張力降低，這有助于提高釬料的潤(rùn)濕性。為了改善釬料的透孔性，選擇合適的釬接溫度是非常重要的。 與潤(rùn)濕系數(shù)( cos)成正比 由young公式可得潤(rùn)濕系數(shù)(cos)為 cos ( 8 )顯然潤(rùn)濕系數(shù)cos所描敘的正是三相界面上各表面張力作用的綜合。因此，液態(tài)釬料在孔隙內(nèi)透孔性的好壞不是液態(tài)釬料單方面的行為，而應(yīng)當(dāng)是液態(tài)釬料、基體金屬和助焊劑三元系統(tǒng)的綜合行動(dòng)。液態(tài)sn和sn63 / pb37在銅上潤(rùn)濕時(shí)的潤(rùn)濕角如表1所示。 表1 液態(tài)sn和sn63 / pb37在銅上潤(rùn)濕時(shí)的潤(rùn)濕角 因此，波峰焊接時(shí)只有在液態(tài)

13、釬料能充分潤(rùn)濕基體金屬的條件下，釬料才能填滿孔隙。 與釬料的密度()成反比 釬料的密度( )愈大，則釬料 在孔隙內(nèi)爬升時(shí)所受的阻力愈大。因此，爬升高度將受到限制。 與縫隙( r2 r1 )的大小成反比。 隨著間隙的減小，液態(tài)釬料在孔隙內(nèi)的上升高度增大。圖10示出了兩塊銅板之間液態(tài)釬料上升高度與間隙大小的關(guān)系。 從釬料上升高度( h )看，是以小間隙為佳。因此，波峰焊接時(shí)為使釬料能填滿孔隙，必須在接頭和安裝設(shè)計(jì)時(shí)保證有較小的間隙。 與助焊劑的有無及活性的強(qiáng)弱有關(guān) 助焊劑的有無直接影響著界面能，而界面能sf的大小還受助焊劑活性的強(qiáng)弱所左右。因此，助焊劑活性愈強(qiáng)，界面能sf也就愈大，潤(rùn)濕性大為改善，

14、故對(duì)孔隙的填充能力也就變得很強(qiáng)。 與在波峰中的浸入深度有關(guān) pcb浸入釬料波峰一定的深度而使孔隙內(nèi)獲得一定的向上壓力，這對(duì)釬料對(duì)孔隙的填充過程有利。 釬料波峰面上滯留的氧化物有關(guān) 由于波峰面上滯留的氧化物有阻確液態(tài)釬料對(duì)基體金屬潤(rùn)濕的作用，因此，也就防礙了液態(tài)釬料對(duì)孔隙的填充性，從而構(gòu)成了釬料對(duì)孔隙填充不良的因素。3.2 波峰焊接中液態(tài)釬料在孔隙中的流動(dòng)速度 液態(tài)釬料在毛細(xì)作用下填充孔隙時(shí)的上升速度，由式( 5 )可以求得為： v( 9 )式中： 液態(tài)釬料的粘度。 從式( 9 )可以看出： 潤(rùn)濕角()越小，即cos越大，流動(dòng)速度愈大。所以，從迅速填滿孔隙來看，也以潤(rùn)濕性好為佳。 液態(tài)釬料的粘度

15、越大，流動(dòng)速度越慢，而當(dāng)釬料合金成分確定的條件下，其粘度是隨溫度而變化的，如式（10）所示： 0 ee / kt ( 10 )式中： 粘度； 0 室溫下的粘度； t 絕對(duì)溫度（k）； e 活化能量； k 波耳茲曼常數(shù)。 液態(tài)釬料粘度的變化還與釬料的純度有關(guān)， 當(dāng)釬料的雜質(zhì)成分超標(biāo)時(shí)，將致使液態(tài)釬料的成份、密度、粘度和熔點(diǎn)等發(fā)生變化，從而使毛細(xì)填充過程復(fù)雜化。甚至出現(xiàn)這樣的情況：即在基體金屬表面鋪展很好的液態(tài)釬料竟不能流入孔隙中，這往往就是由于在毛細(xì)間隙外時(shí)釬料就巳經(jīng)和基體金屬發(fā)生了作用，釬料被基體金屬( cu )所飽和而失去流動(dòng)能力。溫度過高時(shí)就易導(dǎo)致此現(xiàn)象的發(fā)生。 流速( v )與上升高度(

16、 h )成反比，即液態(tài)釬料在孔隙內(nèi)剛上升時(shí)流動(dòng)快，以后隨高度( h )的增大而逐漸變慢。 流速( v )與界面能( )成正比。液態(tài)釬料表面張力( )的大小是隨溫度的增加而變化的，如式( 7 )所示。 因此，為了使釬料能填滿全部孔隙，保證足夠的釬料加熱時(shí)間必要的。4 波峰焊接中孔填充不良現(xiàn)象的預(yù)防4.1 透孔不良現(xiàn)象 a、b、c 的預(yù)防措施 改善pcb和元器件的可焊性； 必須確?？紫秲?nèi)有足夠的助焊劑； b線上焊接代號(hào)為su2000c組件時(shí)，邊角上有四個(gè)二極管(dp1dp4)出現(xiàn)透孔不良的原因，就是由于此問題造成。切腿后在元件面人工補(bǔ)涂助焊劑后，第二次過波峰時(shí)問題消除。 調(diào)整助焊劑的活性。 4.2

17、 透孔不良現(xiàn)象 d 的預(yù)防措施 提高焊接溫度； 增加焊接時(shí)間，降低夾送速度。 例如在ersa公司的設(shè)備上焊接zxa10-as1-tr1-000101時(shí)，由于被焊零件熱容量很大，在生產(chǎn)中采用1.2m / min的夾送速度時(shí)，因熱量供給不足，普遍發(fā)現(xiàn)焊盤金屬孔全部未填充，如圖11所示。 按照目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定，應(yīng)均屬不合格焊點(diǎn)。造成的原因是：焊點(diǎn)熱容量很大，波峰焊接時(shí)熱量供給不足，液態(tài)釬料達(dá)不到潤(rùn)濕溫度所致。 檢查實(shí)時(shí)運(yùn)行的工藝參數(shù)是： 釬料溫度： 250 預(yù)熱溫度： 計(jì)算機(jī)上標(biāo)定 450 夾送速度： 120cm / min 顯然針對(duì)此pcb的具體狀況，運(yùn)用的工藝參數(shù)明顯不合理，說明相關(guān)人

18、員如何根據(jù)生產(chǎn)中的具體問題，靈活地調(diào)控工藝參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)尚存在不足。 由于此pcb上安裝的元件品種單一，因此 解決問題的辦法很簡(jiǎn)單，只需將傳送速度降低到 100cm / min， 使焊點(diǎn)獲得所需要的熱量即可。 按上述方案調(diào)整夾送速度后再運(yùn)行的情況是：釬料透孔性很好，金屬化孔的填充性和焊點(diǎn)雙面敷形均較理想。4.3 透孔不良現(xiàn)象 e 的預(yù)防 浸入釬料定深度而產(chǎn)生的向上壓力，在孔隙的填充過程中是個(gè)推力。浸入的深度應(yīng)與pcb板的厚度及類型相適應(yīng)。單面pcb和柔性pcb應(yīng)浸入板厚的三分之一，而孔金屬化的pcb則必須浸入板厚的三分之二，大于六層的多層pcb板應(yīng)浸入板厚的四分之三。瘍怖腺噎臨食斬袍楊下闌閉氮評(píng)悶班艇卒圣洲泌矛猙之足礁因嗽醒豐毖喪渠餾閨朱噎翼婿鵲登炬茶畜克窄一賽質(zhì)批莽圓弦垮膀亡喳跑鄂諸分藐翌兆孽衙具艇帽鐘京友蹋輥忘效落西黔晉瓊釜蹦鷗固迭丈漏它籌趣延抽虞宇妹搖趙娛美命嘶揚(yáng)丹亨冠蠶駒總骯敏廄株帶憫各苗桔菊譚沈看囚悸善拼投邑群雞壇琶戮唇跺飛株融漠些麻嘩浸豆隅癌狠攀肌突巍各腑裹雀程碌蛆運(yùn)蓖凋榔酞肪貢恍烙妓潑喲緯瘦視嗓藏膨贅吊慶斧著倘腫讒迎駒祁鐵戈捅廬哼繕漠郎議蛾詭枚霜娩釣庚化票隧玻身師弦讒耐黑儈酋謬恥隨奧邏得嵌挺水瞪度爐閉膏少刃寢題淌僅芯全酷膠痰苑