波峰焊接助焊劑所引發(fā)的缺陷現(xiàn)象及評估

1、波峰焊接中由助焊劑所引發(fā)的缺陷現(xiàn)象及助焊劑在波峰焊接中的作用機理和綜合能力評估在波峰焊接中由助焊劑所引發(fā)的焊接缺陷現(xiàn)象虛焊任何金屬在空氣環(huán)境中其表面都將受到氧或其它含氧氣體等的不同程度的化學浸蝕，在自然界金屬的表 面狀態(tài)都不是純凈的單金屬狀態(tài)。因此，不管采取何種保護措施，其表面所表現(xiàn)的焊接性能都不會是理想化的， 僅靠金屬本身的特性而不需借助其它物質的幫助（如助焊劑）達到理想化的焊接效果幾乎是不可能的。即使存在這 種可能，那也是在付出了高昂的成本代價后的結果，這顯然是不實現(xiàn)的。金屬表面狀態(tài)的不良，是誘發(fā)虛焊現(xiàn)象的關健因素。在軟釬接過程中采用了助焊劑（液體的或氣體的） 后，就可借助于助焊劑的作用來

2、獲取理想的潔凈表面。被焊表面的潔凈度是所用助焊劑活性的函數(shù)。60年代初 以前，我國軍用電子產品生產中普遍采用松香酒精作助焊劑，由于該類助焊劑與許多金屬反應的固有化學活性弱， 因而產品的虛焊現(xiàn)象特別嚴重，幾乎成了一大公害。60年代初我國從原蘇聯(lián)引進的XX導彈末制導雷達生產線 時，蘇方還專門提供了該武器系統(tǒng)帶“秘密”級的專用助焊劑配方。國內許多軍工單位在軍品生產中還寧可堅持 采用活性松香助焊劑+清洗工藝，而禁用活性較弱的免清洗助焊劑，其目的就是為了避免虛焊隱患給該武器系統(tǒng) 可靠性帶來嚴重的不測后果危害。金屬化孔透孔不良當PCB和元器件可焊性均達到要求（零交時間1s ）時，且波峰焊接的工藝參數(shù)也合適

3、的情況下所出現(xiàn) 的金屬化孔透孔不良現(xiàn)象時，其主要影響因素應考慮為助焊劑的漫流性和活性均差所致?？字形赐溉胫竸r也 是金屬化孔透孔不良的原因。因此，在使用同一種助焊劑的情況下，采用助焊劑泡沫波峰涂覆方式時就不易發(fā)生 金屬化孔透孔不良現(xiàn)象，而采用助焊劑噴霧涂覆方式發(fā)生金屬化孔透孔不良現(xiàn)象的概率就要高得多。出現(xiàn)此現(xiàn)象 的原因是噴霧涂覆方式易受阻擋而出現(xiàn)透孔性不暢所致。橋連和拉尖助焊劑的性能優(yōu)劣對波峰焊接中橋連和拉尖等現(xiàn)象也有較大的影響。性能優(yōu)良的助焊劑不僅具備焊接所 需要的活性，而且還具有優(yōu)良的保護位于剝離區(qū)內液態(tài)釬料不被氧化的能力，這是減少PCB與釬料剝離過程中 抑制橋連和拉尖的重要措施之一，如

4、圖1所示。低了剝離區(qū)釬料蹄面弗力，改善I圖1助辱劑在波峰焊接中的保護功能J在上講中我們給出了一個討論題：C線在焊接工號為：ZXA10-ADS2-CORZ（ 010502 ）時，基板上電容 C415與C542、C413與C540之間相鄰間隙均為0.63mm（ YLF是液體 潤濕固體的基本條件。復蓋著氧化膜的固體金屬表面比起無氧化膜的潔凈表面，表面張力顯著減小，致使YSF YLF而出現(xiàn)不潤濕現(xiàn)象。焊接中使用助焊劑可以清除釬料和被焊金屬表面的氧化膜，改善了潤濕。而且當液態(tài)釬料和被焊金屬表 面復蓋了一層助焊劑之后，它們之間的界面張力發(fā)生了變化，如圖3所示。祺焊金屬()圖3使用助焊劑時釬料表面受界面張力

5、作用示意液態(tài)釬料終止漫流時的平衡方程式為:Y SF=Y LF+y LS COS 0COS 0=(ySFyLF )/YLS式中：YSF 被焊金屬和助焊劑之間的界面張力；YLF 液態(tài)釬料和助焊劑界面上的界面張力；YLS 液態(tài)釬料和被焊金屬之間的界面張力。由上式可知，要提高潤濕性(即減小0角)，必須增大Y SF或減小YLF及YLS。助焊劑的作用除了 清除被焊金屬表面氧化物使YSF增大外，另一個重要作用即為減小液態(tài)間的界面張力YLF。傳熱一般被釬接的接頭部都存在不少間隙，在釬接過程中，這些間隙中的空氣起著隔熱的作用，從而導致傳 熱不良。如果這些間隙被助焊劑填充滿，則可加速熱量的傳遞，迅速達到熱平衡。促

6、進液態(tài)釬料的漫流經過預熱后的粘狀助焊劑與波峰釬料接觸后，活性劇增，粘度急劇下降而在被焊金屬表面形成第二次漫 流，并迅速在被焊金屬表面鋪展開來。助焊劑第二次漫流過程所形成的漫流作用力，附加在液態(tài)釬料上從拖動了 液態(tài)金屬的漫流過程，如圖4所示。在釬接溫度下粘狀助埠寺11發(fā)生第二次圖4在波峰焊過程中助焊劑二次漫流對液態(tài)釬料的拖動作片理想助焊劑在波峰焊接過程中的作用機理及模式3.1理想助焊劑的作用模式分析整個波峰焊接的物理化學過程，助焊劑雖然參與了全過程，但是它在每一個區(qū)間所發(fā)揮的作用卻是 不一樣的，如圖5所示。而且不同類型的助焊劑，其參與物化過程的載體也是不同的，下面我們僅以松香型助焊 劑、活性松香

7、助焊劑和免清洗型助焊劑分別來解釋其具體的物化過程。松香助焊劑在波峰焊接過程中的作用機理松香助焊劑的作用機理和模式的描述如圖6所示。姓汆高 涕物質 復蓋在 釬料表 面陰離 空氣。C區(qū)k沸點洛劑揮友，活性物質趨回:舌化溫度區(qū)/- -fl-活性物質丹跑輝發(fā)） 高沸:容劑揮發(fā)B區(qū) 石性劑 舌化凈 化被焊 表面-塑劑在波峰悍接過程中的物化過程 A區(qū)助焊劑膜形樞廠助厚劑膜形成匡一A1K8區(qū)C區(qū)圖5理想助焊劑的作用模式溫度降松香+醇類溶逢溫度70松香開始焰化，被流淌在FCB表 面形成連續(xù)的包覆層，被封閉在其內咨的松 香境開始釋放已活性，發(fā)攔酸的作用，金屬 表面氧化物以金屬皂的形式溶解游離（氧 化弱-松香酸銅

8、），并使得其余腥物 變得松弛。1羽701C:（松香酸銅戒否）:粘狀）釬料流沖 開松香酸 銅，當釬 料和被焊 金屬eiki 的距離達 到金屬原 子相互作 用的距離 ，兩看就 發(fā)牛用濕 （1砂秒）。祓態(tài)（松香酸銅+松香） 鯉續(xù)苞覆在叩R妻宜 當溫度達230-250 桅就辱性為掃舌性的隹 松香酸，失去助焊劑的 作用-松香酸 主成固 依殘留 在prp 表面。讖態(tài)|松囊臥松香）D區(qū)11暗涂助煌齊II區(qū)波峰厚接區(qū)固態(tài)（松 歪宓香 醇銅）俄香4溶劑：醇類溶制揮發(fā)箴態(tài)）液忍（松香酸銅 |松香5復蓋在脫 離區(qū)釬料錄面隔 絕了卒氣,.麻倡 了脫離區(qū)外料表 而張九圖6松香助焊齊帷波峰焊接中的作用機理和模式3.3活性

9、松香助焊劑在波峰焊接中的作用機理與模式松香助焊劑活性弱，對被焊金屬表面潔凈能力差，當被焊金屬表面可焊性不大理想時，將普遍出現(xiàn)虛焊、 橋連等焊接缺陷。為克服上述缺陷，提高焊接質量和效率，將虛焊和橋連現(xiàn)象盡可能地降到最低，目前國內軍用 設備中還廣泛使用活性松香助焊劑的原因就在此?；钚运上阒竸┰诓ǚ搴附又械淖饔脵C理與模式的描述如圖7所示。助焊劑膜形成區(qū)AR（松香+甄類）溶劑+ 活性劑此時松春和醇美噠 者實際上相當于溜 新劑中加入醇類成 分土要是為改善助 焊劑的流布性。活性劑曰載您溶而淞:有+醇類）攜帶流布在 PCB焊接面上，蘭載體中的氏涕點成分（醇） 揮會后.由呈粘廿的杖香膛繼續(xù)包覆MB宏 面形成

10、活性劑的寂體亂保護膜-溫度7012后松酉酸被洋放出未，沽性物質 逐漸趨近活化溫度，的度程快氫悍面潤。劑住溫，腐化被表到的化最尤圍出驅光崖A目活到活范禰性凈金，濕分解溫度低于焊接溫度 當溫度升到焊接溫度 251W）后活性劑分解和 揮友，我要比區(qū)域所笠 歷的時間岸修，活忤劑 就輪分解揮發(fā)始盡，最 后剩下波態(tài)松香和松香 酸闌混合休摞續(xù)復蓋：溫度降 到室溫 （松香+ 松彎酸 銅渺成 固巾復, _蓋在PC :在箴瓦固態(tài)（松 否+檜否 酸銅）粘性檢否I活也:劑啜徐的焊帶區(qū)（松香溶劑+活性 劑 1預熱區(qū)液態(tài)（松香酸銅 U-!十松吾）復蓋正脫 i離區(qū)釬料表面隔技峰焊接區(qū)葩了空氣，降低了脫離K釬料表 面張丈。液

11、態(tài)（松香成香酸銅）+活性區(qū)圖5*活性松香由焊列在波峰焊接中的作用機理和模式3.4 免清洗助焊劑在波峰焊接中的作用機理與模式活性松香助焊劑固體含量高，波峰焊后殘余物多，且殘余物中可能還含有未分解完的離子性的活性物質， 若不仔細清除將遺害無窮。由于清冼中要大量使用ODS、VOC或消耗和污染水資源，對保護地球環(huán)境不利。因 此，目前在一些通用型電子產品生產中正大力推廣免清洗助焊劑的應用。免清洗助焊劑在波峰焊接中的作用機理與模式的描述如圖8所示。免清洗助焊劑的工藝溫度規(guī)范比較嚴格，只有充分滿足了其特性要求的條件下，才能充分發(fā)揮其助焊作用。 因此，供貨方必須提供完整的溫度應用特性。例如：比利時INTERF

12、LUX ELECTRONICS公司生產的IF 2005M 免清洗助焊劑就給出了完整的應用溫度規(guī)范值如下：預熱溫度為：95C 130C（元件面）；釬料槽溫度：最低為235C，正常為250C，最高為275C；PCB與熔化釬料接觸時間應為4秒?？v觀現(xiàn)代電子設備的軟釬接（手工焊、波峰焊和再流焊）中，助焊劑從頭到尾都扮演了一個非常關鍵的角 色。通過上述對波峰焊接過程的描述，足以證明在軟釬接工藝中如何強調助焊劑的重要性都是不過份的。助焊劑膜形成、 （低褓+高沸）溶劑 +活性物一質 在較低的溫度下，性很弱。溶齊I中加入低沸溶 劑的目的主要是為 改善助煌劑在噴涂 過程中的流布性?；钚晕镔|由載體（低禪+高禪）溶

13、劑樵帶濡布在 PCB焊接面上，當轂仲中的1氐沸點i容刊揮發(fā) 后，剩下由喜沸溶齊II繼瀆包覆PCB表面形威 活性物度的載體和FCB，呆護精。隨著而熱溫 度的升哀，活性物質逐斬趨近于活化浪度“_日區(qū) 1 羸著溫商 的不斷升 高，樹脂 破裂后， 釋放出活 性化字物 廟澇化被 焊金:屬弟 面，達到 潤濕目的當溫度升到鼎接溫度后 活吐劑土解，只要此區(qū) 域所經歷的時間足夠， 沽任劑就能事解怡盡， 最言剩K一部分歿留田 高朋溶劑復蓋在PCB表 面“活性劑分辨刺 下的高沸溶劑 魅續(xù)揮發(fā)。dK殘余的 高禰涪 劑復蓋 在脫離 區(qū)神 表也隔 絕了空 氣,降 低十脫 離區(qū)釬 料表面 張。嘖襟曲焊齊I區(qū)荀熱區(qū)波峰厚接區(qū)

14、殘余高涕溶棄隧釬 釬流入樸料檀后揮 岌-酣高5活性高涕點酬福性劑活性劑分解圖g免清洗助焊劑在波峰焊接中的作用機理私模式在波峰焊接中如何評估助焊劑的能力指標4.1如何評價助焊劑 助焊劑性能的好壞通常是采用下述兩方面的作用能力來描述： 活性：為了有效地進行軟釬接，助焊劑必須通過化學反應來凈化被焊金屬表面，只有在充分凈化后的表面， 被焊金屬和熔化釬料之間才能形成有效的冶金連接，才可根除虛焊等缺陷。因此，在評價助焊劑時活性是必須要 充分關注的。 保護功能：在上述分析中可見助焊劑在波峰焊接過程中的另一個極為重要的作用是助焊劑的保護功能。保 護功能的實現(xiàn)在松香型助焊劑中是通過松香這一媒介來實現(xiàn)的，而在免清

15、洗助焊劑中則是通過高沸溶劑這一媒質 來貫徹始終的。免清洗助焊劑中保護功能的強弱對波峰焊接的成敗關系很大。而且該功能必須通過上機運行才能 考察出來。4.2如何理解助焊劑的腐蝕性從化學角度看，每一種有效的助焊劑均必然在某種程度上具有腐蝕性，否則，它就不能從被焊表面清洗 掉氧化膜。我們所說的腐蝕性關注的是指在完成釬接后在裝配件上殘留的助焊劑及其殘余物的化學危險性，并由 此而確定助焊劑的理化指標要求。波峰焊接用助焊劑的特性要求及其能力的評估5.1供方應提供的能力指數(shù)序 號項目指標要求備注1外觀體2氣味無刺激性氣味3固體含量（wt%）W2 %4鹵素含量05密度(g / cm20C)0.8000.8206P H值77擴展率88結晶物或沉淀物無9銅鏡試驗符合國家相關標準10溶劑類型11供方每批提交的產品均應按表1規(guī)定提供完整的理化分析記錄。表1 理化指標要求序號項目數(shù)椐備注1預熱溫度范圍（注明是兀件面或是焊接面）（C）2要求的釬料槽工作溫度范圍（C）3PCB與融熔釬料的最小接觸時間（S）5.1.111水溶液電阻率（Qcm）N1X1012貯存期理5.1.2應用性數(shù)據(jù)應用性數(shù)據(jù)內容見表2。理化指標和應用性數(shù)據(jù)供方每批供貨時均