焊接原理和助焊剂的介绍

 成功案例     |      2020-03-05 20:58
Fundamental of Soldering and Introduction of Flux 焊接原理和助焊剂的介绍 大纲 ?助焊剂 ?助焊剂的组成 ?助焊剂的主要参数 ?助焊剂相关知识 ?波峰焊接不良的分析 ?案例分析 ?讨论 助焊剂(1) 金属同空气接触以后,表面就会生成一层氧化膜。温度越高,氧化越厉害。这 层氧化膜会阻止液态焊锡对金属的浸润作用,好像玻璃粘上油就会使水不能润 湿一样。助焊剂就是用于清除氧化膜,保证焊锡浸润的一种化学剂。 FLUX这个 字是来自拉丁文,是“流动”的意思 助焊剂的作用: 1.除氧化膜。其实质是助焊剂中的酸类同氧化物发生还原反应,从而除去氧化 膜。反应后的生成物变成悬浮的渣,漂浮在焊料表面。 2.防止氧化。液态的焊锡和加热的焊件金属都容易与空气中的氧接触而氧化。 助焊剂溶化后,形成漂浮在焊料表面的隔离层,防止了焊接面的氧化。 3.减小表面张力。增加焊锡的流动性,有助于焊锡的润湿。 4.使焊点美观。 助焊剂(2) 对助焊剂的要求: 1. 熔点应低于焊料。 2. 表面张力,粘度,比重小于焊料。 3. 残渣容易清除或者不需去除。 4. 不能腐蚀母材 5. 不产生有害气体和刺激性味道。 助焊剂(3) 助焊反应 助焊剂的最主要的任务是除去金属氧化物。助焊剂反应的最通常的类型是酸基反应。在 助焊剂和金属氧化物之间的反应可由下面简单的方程式举例说明 1. 1.酸基反应 MOn+2n RCOOH Sno2+4RCOOH Mon+2nHX SnO2+4HCl 2. 去氧化反应 N2H4+2 Cu2O MO+2 RCOOH M(RCOO)2 4Cu+H2O+N2 M(RCOO)2+H20 M(RCOO)n+nH20 Sn(RCOO)4+2H2O MXn+nH2O SnCl4+2H2O 水洗型助焊剂 目前常用的 M+2CO2+H2 焊接过程中的反应 从1.酸基反应清楚说明了助焊反应,但详细的反应相当复杂,例如:在锡铅的 焊接中,在助焊剂HCl和铜之间的反应表示如下: Cu2O+2HCl CuCl2+Cu+H2O CuCl2+Sn CuCl2+Pb SnCl2+Cu PbCl2+Cu 在氧化还原应后后,在焊接时反应的产物并不稳定,进一步分解如下: M(RCOO)2 M+2CO2+H2 助焊剂(4) 助焊剂中松香结构 COOH 分子式:C20H30O2 大多数的松香因含有两个不饱合键,对空气和光都很敏感,因此松香酸暴露于 空气中颜色会加深。 助焊剂的组成 1成膜剂 保护剂覆盖在焊接部位,在焊接过程中起防止氧化作用的物质,焊接完成后,能形成一层保 护膜。常用松香用保护剂,也可以添加少量的高分子成膜物质。 2.活化剂 焊剂去除氧化物的要依靠有机酸对氧化物的溶解作用,这种作用由活化剂完成。活化 剂一般选用具有一定热稳定性的有机酸。 3.扩散剂(表面活性剂) 扩散剂可以改善焊剂的流动性和润湿性,其作用是降低焊剂的表面张力,并引导焊料向四周 扩散,从面形成光滑的焊点。 4.溶剂 溶剂 的作用是将松香,活化剂,扩散剂等物质溶解,配制液态焊剂,通常采用乙醇,异丙醇 等。 助焊剂的主要参数(1) 助焊剂的主要批标:外观,物理稳定性,比重,固态含量,可焊性,卤素含量,水萃取液电阻率,铜镜 腐蚀性,表面绝缘电阻,酸值。下面简要对这些指标进行分解。 1.外观:助焊剂外观首先必须均匀,液态焊剂还需要透明(水基松香助焊剂则是乳状的)。 2.物理稳定性:通常要求在一定的温度环境(一般5-45? C)下,产品能稳定存在。 3.比重:这是工艺选择与控制参数。 4.固态含量(不挥发物含量):表示的是焊剂中的非溶剂部分,实际上它与不挥发物含量意义不同,数 值也有差异,后者是从测试的角度讲的,它与焊接后的残留量有一定的对应关系,但并非唯一。 5.可焊性:指标非常关键,它表示助焊效果,以扩展率来表示,为了保证良好的焊接,一般控制在80-92 之间。 6.卤素含量:这是以离子氯的含量来表示离子性的氯,溴,碘的总和。 7.水萃取液电阻率:该指标反映的是焊剂中的导电离子的含量水平,阻值越低离子含量越多,随着助焊 剂向低固含免清方向发展,因此最新的ANSI/J-STD-004标准已经放弃该指标。 8.腐蚀性:助焊剂由于其可焊性的要求,必然会给PCB或焊点带来一定的腐蚀性,为了衡量腐蚀性的大 小,铜板腐蚀测试反映的是焊后残留物的腐蚀性大小,铜镜腐蚀测试是使用当时的腐蚀性大小。其环境 测试时间为10天(一般为7-10天) 9.表面绝缘阻抗:按GB或JIS标准的要求SIR值最低不能小于1010Ω,而J-STD-004则要求SIR值最低不 能小于108Ω,由于试验方法不同,这两个要求的数值间没有可比性。 10.酸值:称取2-5g样品(精确到0.001g)于250ml锥形瓶中,加入25ml异丙醇,滴数滴酚酞指示剂于锥 形瓶中,用KOH-乙醇标液进行滴定。直至淡紫色终点(保持15秒钟不消失)。 试样酸价mgKOH/g=56.1CV/M 助焊剂中两个常见的参数对制程的影响 比重:助焊剂是通过比重来表达助焊剂浓度的,在传统发泡制程中,助焊剂的溶剂不断在挥发,会造 成助焊剂的比重在升高,也就是浓度在增加,如果不管控比重,势必会造成板面的残留越来越多,因此 在发泡制程中,工程人员应每二小时测一次助焊剂比重,并及时添加相应的稀释剂.(测比重时注意 一定要测溶液的温度,因为助焊剂的溶剂载体若是醇基的,则比重会随温度变化而变化,温度每上升 一度,比重下降0.001.) 助焊剂固含是指在助焊剂除易挥发的溶剂外的非挥发物的含量. 不同的制程选择不同的固含量的助焊剂,比如有点胶制程,需要过双波,这种情况下最好选用固含大 些的,若焊点本身设计较小也需要过双波,可以选择固含相对低的比如小于4.0%,但是若焊接电源板 之类的最好选择固含较高如大于6.0%. 若涂布方式是发泡则选用固含稍高的,若是喷雾制程则尽可能选择低固含,否则将影响喷嘴的清洗 频率. 助焊剂的主要参数(2) J-STD-004将助焊剂分为4类且每类细分成6个等级. Categories 种类 Rosin (RO)松香型 Resin (RE)树脂型 Organic (OR)有机型 Inorganic (IN)无机型 助焊剂活性等级 L0 L1 M0 M1 H0 H1 助焊剂的强度是由铜镜测试,腐蚀测试,表面阻抗测试和卤化物的含量结果 决定的. 助焊剂的主要参数(3) 助焊剂分类依据材料组成成份和卤化物的含量 助焊剂类型 代号 助焊剂组成 成份的材料 代号 助焊剂活性等着级 助焊剂类型 A B C D E F G H I J K L M N P Q R S T U V X Y Z Rosin 松香 Rosin Rosin Rosin Rosin Rosin Resin 树脂 Resin Resin Resin Resin Resin Organic 有机物 Organic Organic Organic Organic Organic Inorganic 无机物 Inorganic Inorganic Inorganic Inorganic Inorganic RO RO RO RO RO RO RE RE RE RE RE RE OA OA OA OA OA OA IN IN IN IN IN IN Low (0%) 低 Low (0.5%) Moderate (0%) 中 Moderate (0.5 to 2%) High (0%) High (2%) Low (0%) Low (0.5%) Moderate (0%) Moderate (0.5 to 2%) High (0%) 高 High (2%) Low (0%) Low (0.5%) Moderate (0%) Moderate (0.5 to 2%) High (0%) High (2%) Low (0%) Low (0.5%) Moderate (0%) Moderate (0.5 to 2%) High (0%) High (2%) L0 L1 M0 M1 H0 H1 L0 L1 M0 M1 H0 H1 L0 L1 M0 M1 H0 H1 L0 L1 M0 M1 H0 H1 助焊剂的主要参数(4) J-STD-004焊剂活性分类的测试要求 焊剂分类 铜镜试验 卤素含量 (定性) 通过 通过 铜镜无穿 透性面积 , 50% 铜镜无穿 透性面积 50% 通过 不通过 通过 不通过 卤素含量(定 量) 0.0% 无腐蚀 0.5% 0.0% 轻微腐蚀 0.5-2.0% 0.0% 较重腐蚀 2.0 清洗 清洗与未清洗 清洗与未清洗 腐蚀试验 SIR必须大于108Ω L0 L1 M0 M1 H0 H1 铜镜无穿 透现象 助焊剂的主要参数(5) 助焊剂活性度分类 耐蚀试验Corrosion Resistance Tests 助焊剂类别 铜镜试验 Copper Mirror IPC-TM-650 2.3.3.2 铜镜不允许出现被除去 的迹象(白色背景不可 出现) 允许部份或全部份铜镜 被除去 铜镜全部被去除 铬酸银试验 Silver Chromate IPC-TM-650 2.3.3.3 腐蚀试验 Corrosion IPC-TM-650 2.6.1 L 对Class1及Class2而言, 不可出现腐蚀,如周围有 其卤化物须低于0.5%(指 蓝/绿色边缘出现,则其 固形物而言)对Class3而 FLUX需通过铬酸银试验 言必须通过铬酸银试验 卤化物应低于2% 铜镜试验发生腐蚀时尚可 允许,但是FLUX须通过卤 化物测试 可允许有严重的腐蚀出现 M H 卤化物可高于2% 助焊剂的主要参数(6) 表面绝缘电阻(SIR)的测试要求(J-STD-004) 表面绝缘电阻(STR)的各项要求 助焊剂型式 1 40℃90% RH 7days 残渣在“未清洗”(N)或“已 清洗”(C)下均需达到108Ω 之电阻值及格标准 残渣在“未清洗”(N)或“已 清洗”(C)下均需达到108Ω 之电阻值及格标准 残渣已清洗后(C)其电阻值需 达到108Ω 2 40℃90% RH 7days 残渣在“未清洗”( N)或“已清洗”( C)下均需达到108 Ω 之电阻值及格标准 残渣在“未清洗”( N)或“已清洗”( C)下均需达到108 Ω 之电阻值及格标准 残渣已清洗后(C) 其电阻值需达到108 Ω 3 85℃85% RH 7days 残渣在“未清洗”( N)或“已清洗”( C)下均需达到108 Ω 之电阻值及格标准 残渣在“未清洗”( N)或“已清洗”( C)下均需达到108 Ω 之电阻值及格标准 残渣已清洗后(C) 其电阻值需达到108 Ω L M H 助焊剂的主要参数(7) 第一级:消费性产品 Class1:Consumer Products 此级包含关键用途的产品着重在可靠性及成本效益,而其使用寿命之延续并非主要目的 所在,其产品的实例多在一般性消费用途上. 第二级:一般工业级 Class2: General industrial 此级含有高性能的商用工业级产品,对使用的延续已有所要求,对不间断执行事务的能 力要求,则非关键所在。 第三级:高可靠度 Class3:High Reliability 此级的设备产品及持续性的性能则为关键所在,任何设备发生停机时,都将无法容忍, 或及设备是用维持生命者皆属此级。 波峰焊接不良的分析(1) 不良焊点的形貌 虚焊一 说 明 原 因 元器件引脚未完全被焊料 润湿,焊料在引脚上的润 湿角大于90° 1.元器件引线.元器件热容大,引线.助焊剂选用不当或已失效 4.引线局部被污染 虚焊二 印制板焊盘未完全被焊料 润湿,焊料在焊盘上的润 湿角大于90° 1.焊盘可焊性不良 2.焊盘所处铜箔热容大,焊 盘未达到焊接温度 3.助焊剂选用不当或已失效 4.焊盘局部被污染 波峰焊接不良的分析(2) 不良焊点的形貌 毛 刺 说 明 原 因 焊点表面光滑,有时伴有熔 接痕迹 常发生在烙铁焊中 1.焊接温度或时间不够 2.选用焊料成份不对,液相线 过高或是润湿性不好。 3.焊接后期助焊剂已失效。 1.人工插件未到位。 2.焊接前元器件因震动而移位 。 3.焊接 时因焊接不良而浮高 。 4.元器件引脚太短。 引脚太短 元器件引脚没有伸焊点 波峰焊接不良的分析(3) 不良焊点的形貌 不润湿 说 明 原 因 元器件引脚和印制板焊盘 完全未被焊料润湿,焊料在 焊盘和引脚上的润湿角大于 90°且回缩呈球形 1.焊盘和引脚可焊性均不 良 2.助焊剂选用不当或已失 效 3.焊盘和引脚被严重污染 半边焊 元器件引脚和印制板焊盘 均被焊料良好润湿,但焊盘 上焊料未完全覆盖,插入孔 时有露出 1.器件引脚与焊盘孔间隙 配合不良,D-d>0.5mm ( D:焊盘孔径 d: 元器件引脚直径 ) 2.元器件引脚包封树脂部 分进入插入孔中 波峰焊接不良的分析(4) 不良焊点的形貌 拉尖 说明 元器件引脚端部有 焊料拉出呈锥状 原因 1.波峰焊时,峰面流速与印制板传输速度不一致 2.波峰焊时,由于预热温度不足导致热容大的焊 点的实际焊接温度下降 3.波峰焊时,助焊剂在焊点脱离峰面时已无活性 4.焊料中杂质含量超标 气孔 焊点内外有针眼 或大小不等的孔穴 1.波峰焊时,预热温度或时间不够,导致助焊剂 中溶剂未充分挥发 2.波峰焊时,设备缺少有效驱赶气泡装置(如喷 射波) 3.元器件引脚或印制板焊盘在化学处理时化学品 未清洗干净 4.金属化孔内有裂纹且受潮气侵袭 波峰焊接不良的分析(5) 不良焊点 焊盘剥离 说 明 原 常发生在烙铁焊中: 1.烙铁温度过高 2.烙铁接触的时间过长。 常发生在烙铁焊中: 1.焊料供给过量。 2.烙铁温度不足,润湿性不好,不能形成弯 月面。 3.元器件或焊盘部分不润湿。 4.选用的焊料液相线,PCB脱离波峰的速 度过慢;回流角度过大;元器件引脚太长;波峰 温度过高。 2.PCB的阻焊剂侵入焊盘(焊盘环状不润湿 或弱润湿) 因 焊盘铜箔与基材脱 落开或焊料熔蚀 焊料过多 元器件引脚被埋, 焊点弯月面呈明显 的外凸圆孤 焊料过少 焊料在焊盘上和引 脚上的润湿角< 15°呈环形回缩状 波峰焊接不良的分析(6) 不良焊点的形貌 凹坑 说明 焊料未完全润湿双面板 的金属化孔,在元件面 的焊盘上未形成弯月形 的焊缝角。 原 因 1.波峰焊接时,双面板的金属化孔或元器件 的引脚可焊性不良;预热温度或时间不够,;焊 接温度或时间不够;焊接后期助焊剂已经失效 了;设备缺少有效驱赶气泡装置(如喷射波) 2.元器件引脚或焊盘在化学处理时,化学品 未处理干净。 3.金属化孔内有裂纹且受潮气侵袭。 4.烙铁焊中焊料不足。 焊点疏松无光泽 焊点表面粗糙无光泽或 有龟裂现象 常发生在烙铁焊中 1.焊接温度过高或焊接时间过长。 2.焊料凝固前受震动。 3.焊接后期助焊剂已失效。 开孔 焊盘和引脚润湿性良好 ,但是总是呈环状开孔 焊盘内径周边有氧化毛刺(常见于PCB 焊盘人工钻空后又未及时防氧化处理或 加工至使用时间间隔过长) 波峰焊接不良的分析(7) 不良焊点的形貌 引线局部不润湿 说明 元器件引脚弯曲后外 侧部分不润湿,有的 明显暴露于焊点之外 形成空穴,多数在焊 点与引脚交汇处呈环 状裂纹。 出现在双面(非金属 化孔)印制板的混装 工艺中。典型工艺: ①A面机插光线→② A面波峰焊接→③B 面点胶贴片固化→④ A面机插元件→⑤B 面波峰焊接。结果: B面所有光线引脚不 可焊接且部分焊盘出 现弱润湿 原因 常发生在自动元器件的焊点中: 1.元器件引脚镀层质量差,元器件引脚自动插入 打弯时,外侧镀层受拉应力作用而开裂甚至脱 落。 2.自动插入与自动焊接间隔太长(大于96小时) 由于焊接工艺中使用了低残留免清洗助焊剂( 例如某公司3015型),经过工序②和工序③的 两次加热(T100~250℃,t>120s),通过印 制板通孔因工序②渗入B面的助焊剂,已在光 线引脚和部分焊盘上合成为难溶解树脂(相对 于助焊剂溶剂),当工序⑤进行时,便发生了 B面所有光线引脚不可焊接和部分焊盘出现弱 润湿的重大焊接事故 引线单面不润湿 B A 波峰焊接不良的分析(8) 不良焊点的形貌 锡球 说明 焊料在焊盘和引脚 上呈球状 原因 1.一般原因见不良焊点的形貌中“气孔”部分 2.波峰焊时,印制板通孔较少或小时,各种 气体易在焊点成型区产生高压气流 3.焊料含氧高且焊接后期助焊剂已失效 4.在表面安装工艺中,焊膏质量差(金属含 氧超标、介质失效),焊接曲线预热段升温过 快,环境相对湿度较高造成焊膏吸湿 1.焊接温度、预热温度不足 2.焊接后期助焊剂已失效 3.印制板脱离波峰的速度过快;回流角度过 小;元器件引脚过长或过密 4.印制板传送方向设计或选择不恰当 5.波峰面不稳有湍流 连锡 相邻焊点之间的焊 料连接在一起 波峰焊接不良的分析(9) 不良焊点形貌 漏焊 说明 元器件一端或多端未上焊 料 原因 1.波峰焊接时,设备缺少有效驱 赶气泡装置(如喷射波)或喷射波 射出高度不够 2.印制板传送方向设计或选择不 恰当 1.胶粘剂失效不可固化 2.点胶过程中出现拉丝、塌陷、 失准或过量现象 3.返工时人工补胶未达到固化要 求 溢胶 胶粘剂从焊点中或焊点 边缘渗出造成空洞 波峰焊接不良的分析(10) 不良焊点形貌 两焊点不对称 说明 两端焊点明显不一致,易产生 焊点应力集中 原因 1.印制板传送方向设计或选 择不恰当 2.焊料含氧高且焊接后期助 焊剂已失效 3.波峰面不稳有湍流 1.因大器件的屏蔽、反射和 遮挡作用,焊盘面积和焊膏沉 积量不一致,造成两端焊接部 位温度不一致 2.一端器件端子和焊盘的可 焊性比另有一端差 3.汽相焊接升温速率过快时 以上情况均会导致一端的焊料 较另一端先熔化,使两端表面 张力不一致,先熔的一端将另 一端拉起 直立 片状器件呈竖立状 波峰焊接不良的分析(11) 不良焊点的形貌 虹吸 说明 焊料吸引到器件的引脚上,焊 盘上失去焊料呈开路状态 原因 此现象多发生在集成电路焊接中 1.一般原因可参考不良焊点的 形貌“直立”部分 2.引脚共面度超标 3.未经预热直接进入汽相焊, 器件引脚较焊盘先达到焊接温度 丝状桥接 此现象多发生在集成电路焊盘 间隔小且密集区域,丝状物多 呈脆性,直径数微米至数十微 米 1.焊料槽中杂质Cu含量超标, Cu含量越高,丝状物直径越粗 2.由于杂质Cu所形成松针状的 Cu6Sn5合金的固相点(217℃ )与Sn63Pb37焊料的固相点( 183℃)温差较大,因此在较低 的温度下进行波峰焊接时,积聚 的松针状Cu6Sn5合金易产生 丝状桥接 白色残留物产生的种类 1.松香被氧化,不饱和键被氧化. 2.聚合松香经过高温,与防焊油墨形成顽固白色残留,普通溶剂不能溶解. 3.由于吸水,松香酸水解,焊接时形成白色残留. 4.生成不溶解的松香铅或锡盐及海松酸盐. 5.生成卤化铅,卤化锡盐. 6.生成溴化铅. 7.水洗引起的白色残留. 8.焊接后,在潮温的条件下,吸收空气中的水分及二氧化碳,会生成白色的碳 酸盐或是卤化盐,因此在海运过程中,条件更恶劣,应反一直在循环进行,而在 焊接那一瞬间所发生的反应是很复杂的,残留在不同的条件下表现也是不一样的 .快乐时时彩 快乐时时彩app 快乐时时彩手机版官网 快乐时时彩游戏大厅 快乐时时彩官方下载 快乐时时彩安卓免费下载 快乐时时彩手机版 快乐时时彩大全下载安装 快乐时时彩手机免费下载 快乐时时彩官网免费下载 手机版快乐时时彩 快乐时时彩安卓版下载安装 快乐时时彩官方正版下载 快乐时时彩app官网下载 快乐时时彩安卓版 快乐时时彩app最新版 快乐时时彩旧版本 快乐时时彩官网ios 快乐时时彩我下载过的 快乐时时彩官方最新 快乐时时彩安卓 快乐时时彩每个版本 快乐时时彩下载app 快乐时时彩手游官网下载 老版快乐时时彩下载app 快乐时时彩真人下载 快乐时时彩软件大全 快乐时时彩ios下载 快乐时时彩ios苹果版 快乐时时彩官网下载 快乐时时彩下载老版本 最新版快乐时时彩 快乐时时彩二维码 老版快乐时时彩 快乐时时彩推荐 快乐时时彩苹

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