波峰焊接助焊劑所引發(fā)的缺陷現(xiàn)象及評(píng)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(jī)理和綜合能力評(píng)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(xué)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(hù)措施，其表面所表現(xiàn)的焊接性能都不會(huì)是理想化的， 僅靠金屬本身的特性而不需借助其它物質(zhì)的幫助（如助焊劑）達(dá)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(jià)后的結(jié)果，這顯然是不實(shí)現(xiàn)的。金屬表面狀態(tài)的不良，是誘發(fā)虛焊現(xiàn)象的關(guān)健因素。在軟釬接過(guò)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(lái)

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(guó)軍用電子產(chǎn)品生產(chǎn)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(yīng)的固有化學(xué)活性弱， 因而產(chǎn)品的虛焊現(xiàn)象特別嚴(yán)重，幾乎成了一大公害。60年代初我國(guó)從原蘇聯(lián)引進(jìn)的XX導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)生產(chǎn)線 時(shí)，蘇方還專門提供了該武器系統(tǒng)帶“秘密”級(jí)的專用助焊劑配方。國(guó)內(nèi)許多軍工單位在軍品生產(chǎn)中還寧可堅(jiān)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(lái)嚴(yán)重的不測(cè)后果危害。金屬化孔透孔不良當(dāng)PCB和元器件可焊性均達(dá)到要求（零交時(shí)間1s ）時(shí)，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(shí)，其主要影響因素應(yīng)考慮為助焊劑的漫流性和活性均差所致?？字形赐溉胫竸r(shí)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(shí)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(duì)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(hù)位于剝離區(qū)內(nèi)液態(tài)釬料不被氧化的能力，這是減少PCB與釬料剝離過(guò)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(hù)功能J在上講中我們給出了一個(gè)討論題：C線在焊接工號(hào)為：ZXA10-ADS2-CORZ（ 010502 ）時(shí)，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(rùn)濕固體的基本條件。復(fù)蓋著氧化膜的固體金屬表面比起無(wú)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(rùn)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(rùn)濕。而且當(dāng)液態(tài)釬料和被焊金屬表 面復(fù)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(shí)釬料表面受界面張力

5、作用示意液態(tài)釬料終止漫流時(shí)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(rùn)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(gè)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(guò)程中，這些間隙中的空氣起著隔熱的作用，從而導(dǎo)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(dá)到熱平衡。促

6、進(jìn)液態(tài)釬料的漫流經(jīng)過(guò)預(yù)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(kāi)來(lái)。助焊劑第二次漫流過(guò)程所形成的漫流作用力，附加在液態(tài)釬料上從拖動(dòng)了 液態(tài)金屬的漫流過(guò)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(guò)程中助焊劑二次漫流對(duì)液態(tài)釬料的拖動(dòng)作片理想助焊劑在波峰焊接過(guò)程中的作用機(jī)理及模式3.1理想助焊劑的作用模式分析整個(gè)波峰焊接的物理化學(xué)過(guò)程，助焊劑雖然參與了全過(guò)程，但是它在每一個(gè)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(guò)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(lái)解釋其具體的物化過(guò)程。松香助焊劑在波峰焊接過(guò)程中的作用機(jī)理松香助焊劑的作用機(jī)理和模式的描述如圖6所示。姓汆高 涕物質(zhì) 復(fù)蓋在 釬料表 面陰離 空氣。C區(qū)k沸點(diǎn)洛劑揮友，活性物質(zhì)趨回:舌化溫度區(qū)/- -fl-活性物質(zhì)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(guò)程中的物化過(guò)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(kāi)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(nèi)咨的松 香境開(kāi)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(kāi)松香酸 銅，當(dāng)釬 料和被焊 金屬eiki 的距離達(dá) 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(dāng)溫度達(dá)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(fù)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(jī)理和模式3.3活性

9、松香助焊劑在波峰焊接中的作用機(jī)理與模式松香助焊劑活性弱，對(duì)被焊金屬表面潔凈能力差，當(dāng)被焊金屬表面可焊性不大理想時(shí)，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(zhì)量和效率，將虛焊和橋連現(xiàn)象盡可能地降到最低，目前國(guó)內(nèi)軍用 設(shè)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(jī)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(shí)松春和醇美噠 者實(shí)際上相當(dāng)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(diǎn)成分（醇） 揮會(huì)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(hù)膜-溫度7012后松酉酸被洋放出未，沽性物質(zhì) 逐漸趨近活化溫度，的度程快氫悍面潤(rùn)。劑住溫，腐化被表到的化最尤圍出驅(qū)光崖A目活到活范禰性凈金，濕分解溫度低于焊接溫度 當(dāng)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(shí)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(fù)蓋：溫度降 到室溫 （松香+ 松彎酸 銅渺成 固巾復(fù), _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(yù)熱區(qū)液態(tài)（松香酸銅 U-!十松吾）復(fù)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(jī)理和模式3.4 免清洗助焊劑在波峰焊接中的作用機(jī)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(zhì)， 若不仔細(xì)清除將遺害無(wú)窮。由于清冼中要大量使用ODS、VOC或消耗和污染水資源，對(duì)保護(hù)地球環(huán)境不利。因 此，目前在一些通用型電子產(chǎn)品生產(chǎn)中正大力推廣免清洗助焊劑的應(yīng)用。免清洗助焊劑在波峰焊接中的作用機(jī)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(yán)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(yīng)用特性。例如：比利時(shí)INTERF

12、LUX ELECTRONICS公司生產(chǎn)的IF 2005M 免清洗助焊劑就給出了完整的應(yīng)用溫度規(guī)范值如下：預(yù)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(shí)間應(yīng)為4秒?？v觀現(xiàn)代電子設(shè)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(gè)非常關(guān)鍵的角 色。通過(guò)上述對(duì)波峰焊接過(guò)程的描述，足以證明在軟釬接工藝中如何強(qiáng)調(diào)助焊劑的重要性都是不過(guò)份的。助焊劑膜形成、 （低褓+高沸）溶劑 +活性物一質(zhì) 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(guò)程中的流布性?；钚晕镔|(zhì)由載體（低禪+高禪）溶

13、劑樵帶濡布在 PCB焊接面上，當(dāng)轂仲中的1氐沸點(diǎn)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(hù)精。隨著而熱溫 度的升哀，活性物質(zhì)逐斬趨近于活化浪度“_日區(qū) 1 羸著溫商 的不斷升 高，樹(shù)脂 破裂后， 釋放出活 性化字物 廟澇化被 焊金:屬弟 面，達(dá)到 潤(rùn)濕目的當(dāng)溫度升到鼎接溫度后 活吐劑土解，只要此區(qū) 域所經(jīng)歷的時(shí)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(fù)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(fù)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(diǎn)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(jī)理私模式在波峰焊接中如何評(píng)估助焊劑的能力指標(biāo)4.1如何評(píng)價(jià)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(lái)描述： 活性：為了有效地進(jìn)行軟釬接，助焊劑必須通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)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(píng)價(jià)助焊劑時(shí)活性是必須要 充分關(guān)注的。 保護(hù)功能：在上述分析中可見(jiàn)助焊劑在波峰焊接過(guò)程中的另一個(gè)極為重要的作用是助焊劑的保護(hù)功能。保 護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)在松香型助焊劑中是通過(guò)松香這一媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而在免清

15、洗助焊劑中則是通過(guò)高沸溶劑這一媒質(zhì) 來(lái)貫徹始終的。免清洗助焊劑中保護(hù)功能的強(qiáng)弱對(duì)波峰焊接的成敗關(guān)系很大。而且該功能必須通過(guò)上機(jī)運(yùn)行才能 考察出來(lái)。4.2如何理解助焊劑的腐蝕性從化學(xué)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(shuō)的腐蝕性關(guān)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(xué)危險(xiǎn)性，并由 此而確定助焊劑的理化指標(biāo)要求。波峰焊接用助焊劑的特性要求及其能力的評(píng)估5.1供方應(yīng)提供的能力指數(shù)序 號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)要求備注1外觀體2氣味無(wú)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(kuò)展率88結(jié)晶物或沉淀物無(wú)9銅鏡試驗(yàn)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)10溶劑類型11供方每批提交的產(chǎn)品均應(yīng)按表1規(guī)定提供完整的理化分析記錄。表1 理化指標(biāo)要求序號(hào)項(xiàng)目數(shù)椐備注1預(yù)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(shí)間（S）5.1.111水溶液電阻率（Qcm）N1X1012貯存期理5.1.2應(yīng)用性數(shù)據(jù)應(yīng)用性數(shù)據(jù)內(nèi)容見(jiàn)表2。理化指標(biāo)和應(yīng)用性數(shù)據(jù)供方每批供貨時(shí)均