波峰焊接基础技术理论之四(金属通孔不良)

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1、波峰焊接基础技术理论之四金属化孔填充不良现象的发生及其预防1波峰焊接中钎料对金属化孔填充性的基本要求⑴美国军标MIL-S-45743E规定：金属化导通孔和带元器件引线的金属化孔等，在PCB元件面，允许钎料凹陷，总的凹陷量不得超过孔深的25%，包括PCB两面焊盘厚度在内，孔的周围浸润性能良好。如图1所示。⑵IPC-A-610C2、3级要求①SMT导通孔优选(1、2、3级要求)：孔内完全充满钎料、顶面连接焊盘润湿好良好，如图2(a)所示。可接收(1、2、3级要求)：钎料润湿孔壁，如图2(b)所示。②金属化孔引线焊接质量要求的最低可接收条件IPC-A-610C对金属化孔引线焊接质量的最低可接收条件

2、如图3所示，其具体数据要求见表1。表1金属化孔引线焊接的最低可提收条件⑶建议要求针对公司情况对焊点透孔性的最低要求建议作如下规定，如图4所示。①导通孔：基本要求如下：图4(a)●钎料的填充高度(h)应达到孔总深度(H)的75%；●焊接面焊盘应全部润湿；●孔壁应全部润湿；●元件面焊盘润湿面积可以为零。②有引线的金属化孔基本要求如下：图4(b)●焊接面焊盘和元件引线应充分润湿，焊角呈弯月面；●钎料的填充高度(h)应达到孔总深度(H)的75%；●孔壁和焊接面焊盘应全部润湿；●元件面焊盘润湿面积可以为零；●孔壁和引线之间的填充钎料表面应呈凹面。2填充性不良所表现的主要形式2.1常见的安装孔填充不良现

3、象2.1.1可焊性不良导致的透孔不良⑴现象A焊盘润湿良好、引线可焊性不良所导致的透孔不良现象的特征是：钎料对焊盘及孔壁润湿角很小，而对引线的润湿角很大，孔隙内钎料液面成倒“八”字形，如图5(a)所示。⑵现象B引线润湿良好、焊盘及孔壁可焊性不良所导致的透孔不良现象的特征是：钎料对引线润湿角很小，而对焊盘及孔壁的润湿角很大，孔隙内钎料液面成正“八”字形，如图5(b)所示。⑶现象C引线、焊盘及孔壁可焊性均不良所导致的透孔不良现象的特征是：钎料对引线、焊盘及孔壁的润湿角均很大，焊角及孔隙内钎料液面均成凸面形，如图5(C)所示。以2.1.2工艺参数选择不当导致的透孔不良现象⑴现象D由于波峰焊接过程中热

4、量供给不足(夹送速度过快、钎料槽温度偏低)或助焊剂在喷雾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，如图6所示。⑵现象E波峰焊接中热量供给合适，但由于PCB浸入钎料波峰大浅造成透孔不良，如图7所示。3透孔不良物理过程的数学描述─拉普拉斯方程3.1影响透孔不良的因素在“虚焊现象的发生及其预防”中我们己经讨论了毛细现象的的发生机理，而在波峰焊接中金属化孔的透孔性的好坏与毛细作用有很大的关系。液态钎料在孔中的穿透高度究竟受哪些因素支配呢？图8示出了在波峰焊接中金属化孔内液态钎料所受毛细作用过程。由于液态钎料表面张力产生的表面能，而导致孔缝隙内的液面呈弯月状曲面，该曲面存在着压力差

5、，其值可以用拉普拉斯方程描述如下：△P=－γ(－)(1)θ'＝θ(0＜θ＜1800)式中：R2─孔内径(半径)；R3─弯月面曲率半径；△P─界面压力；γ─界面能。从物理形态上看PCB金属化孔内壁和引线表面之间的缝隙是一圆筒形结构，由于缝隙的厚度与孔圆周长度相比，是非常小的。所以液态钎料在孔和引线之间的缝隙中的润湿过程，可以和一单纯无限长的平板的润湿过程相等效。即：R2→∞，→0由图8可得：Sin(900－θ)＝上式中：R1─引线半径；R2─金属化安装孔内径；R3─弯曲面曲率半径。∴Cosθ＝R3＝(2)将式(2)代入式(1)得：△P＝－γ(－0)∴P＝－(3)而对应液柱高度（h）所产生的压力

6、是与式(3)所表述的界面压力是等效的，即：△P＝－ρgh(4)式中：g─重力加速度；h─液柱高度；ρ─液体密度。由式(3)、(4)可以求得高度h为：h＝(5)由式(5)可得出钎料在孔隙中的透入深度(h)与下列因素有关：⑴与界面能(γ)成正比由于液体有缩小表面积的自发趋势，因此要想增大液体表面积，即要把一部分液体原子从液体内部转移到表面来，需要作一定的功以克服内部原子对它的吸引，这部分功转变成了新转移到表面来的这部分原子的能量。我们把增大液体单位表面积所作的功以γ表示，称作液体表面自由能，其单位是尔格/cm2。我们又常把表面自由能具体看作是沿液体表面的切面方向作用于液体表面单位长度上的要缩小表

7、面的力。增大液体表面积所作的功，也可以看作是为克服液体表面单位长度上缩小的力，因此γ又称作表面张力，其单位是达因/cm。所以，表面张力小意味着原子由内部走向表面所克服的阻力小；表面张力大即原子由内部走向表面所克服的阻力大。但是，液体与固体接触时，它并不只是单纯地受着与固体界面上的表面张力的作用。实际上它是处在三相的共同作下，例如：在软钎接过程中，液态助焊剂复盖着液态钎料和基体金属铜，形成了液体助焊剂、液态钎料