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本文介绍,为了使波峰焊接在电子工业中完全被接受,冶金学者、工业与主管机构必须一起工作,进行广泛的研究。
自从开始,波峰焊接一直在不断地进化。在焊接中涉及的基本冶金学原理已经被许多非冶金人士所忽视,他们为了寻找满足今天要求和更加环境友好的适当材料。为了决定与理解对波峰焊接工艺中被广泛接受的焊锡作“插入式”替代的理论基础,作一些研究是必要的。因此在这里有必要回顾一下基础的冶金学原理,开发和理解为将来建议使用的替代材料。
波峰焊接的进化
从二十年代到四十年代,连接是使用焊接烙铁连线方法。印刷电路板(PCB)的发展需要一个更加经济和稳健的形成焊接连接的方法。最早的大规模焊接概念是在英国的浸焊(dip soldering)。在八十年代,开发出被称为波峰焊接的概念。这个方法今天还广泛使用,但是机器和操作员控制已经变得更好了。焊接的基础仍然是相同的。焊接形成只是变化来满足设备的要求;可是,化学成分和理论动力学还是基本的和简单的。附着方法基本上只需要助焊剂,热和焊锡,以形成冶金连接。助焊剂用来清洁需要焊接的、已被氧化的表面。加热去掉助焊剂载体和减少温度冲击,将增加的热量加给构成电路装配的非类似的材料。在一个装配上发现的材料包括:塑料、陶瓷、金属、涂料、化学品及其广泛不同的化学成分。大规模的波峰焊接的使用为元件的可焊性提出一个关注的问题,因为需要第一次就产生适当的连接,并在装配上不进行返修,今天的产品不如过去那些较不复杂装配那么宽容。需要第一次就正确形成的可靠焊接点来经受PCB所暴露的环境。在保证适当信号传输、消除串音和不可接受的垂直波比的同时,必须分析每一种情况中引发的温度与机械应力。1
最早的浸焊方法有一些问题:很难重新产生所希望的合格率;将板放在熔化的焊锡上在底下夹住气体,干扰热传导与焊锡接触;焊锡只能熔湿(wet)到金属表面;锡渣(氧化物与燃烧的助焊剂的化合物)必须撇去,不断地阻碍生产2。这一整套问题导致波峰焊接的引入。该方法使用从锡锅升起的熔化焊锡波或大块表面来汇合PCB,然后PCB从波上传送过去。波峰焊接缩短一半以上的接触时间。传送带系统通常在一个角度上,因此当板通过波峰时,不会夹住任何东西在PCB下面。这样倾斜也允许熔化的焊锡脱落进入锡锅,减少相邻焊接点之间的桥接。因为熔化的金属是从熔化池表面之下泵出的,只有清洁、无氧化的金属引入装配。
焊接动力学
当产生一个焊接点时所发生的反应在原理上是基本的。焊锡合金加热到其液相线区域,以提高焊接点的熔湿(wetting)。氧化物从金属表面去掉,以保证焊接点与带有助焊剂的熔化焊锡之间的清洁接触。然后助焊剂预热从PCB去掉助焊剂溶剂(一般为水或酒精)。需要增加的热量来克服PCB与熔化焊锡池之间的温度差。加热PCB来补偿温差差,不对元件引起伤害。PCB有必要的暴露金属区域,从波峰上通过。焊锡以适当的接合与熔湿角度熔湿到金属。表面能量与接触角度决定熔化的焊锡对暴露金属的附着。如果固体的表面能量相当高于液态和固体/液态界面表面能量的总和,那么液态熔湿并流走。毛细管作用使焊锡达到PCB的圆形电镀孔的顶面
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