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銘上電子講述 無鉛波峰焊焊點外觀


 

 

              銘上電子講述 無鉛波峰焊焊點外觀大部分使用無鉛合金焊接的焊點呈灰暗或者灰白色。這和錫鉛焊點光滑、明亮、有光澤的表面有所不同。這是無鉛焊接中使用的SAC(錫銀銅)合金的典型特征。東莞解決密腳IC空焊錫膏生產廠家 ,東莞市銘上電子科技有限公司10余年專業從事SMT焊料,錫膏,錫絲。特種焊接錫膏,有鉛,無鉛,無鹵,低溫系列,專門解決氧化板焊接,鍍金板裸銅板焊接、鍍鎳板焊接的超強焊接錫膏。專門從事軍工類產品的焊料生產、銷售,醫療類血壓計,醫療設備類產品的焊料銷售。LED焊接錫膏,燈板焊接,燈珠焊接錫膏等,專用鋁基板焊接,熱管技術領先行業,金牌品質行業領先,全國出貨,專業服務客戶。這一現象的產生有許多原因。其中的一個原因是,無鉛合金含有三種不同的元素,焊料凝固時,三種元素共晶。這些共晶有它們各自的熔點和凝固狀態。
        不同共晶晶核的形成   焊料是由兩種或者更多金屬混合而成的合金組成。它的熔化和凝固,取決于在焊料不同共晶可能凝固的區域。在焊料中含有銅和銀時就會出現這種情形。在這種情況下,CuSn-和AgSn-二元共晶部分或者初晶晶粒,可能都會在焊點焊料凝固時再次形成SnAgCu三元共晶。 
          在SAC合金里可能形成不同的共晶是:Sn5Cu6(在227℃)、SnAg3(在221℃)和Sn+SnAg3+Sn5Cu6(在217℃)。然而,如果整個工藝都不使用含鉛元素,就是這樣。但是,對于富錫合金,錫晶體可能會在焊點冷卻到232℃時凝結在合金層的外面。如果元件引腳鍍了錫鉛合金,從錫鉛鍍層中熔解出來的鉛也會形成共晶晶粒。對于錫鉛共晶體,焊點中焊料某些部分的熔點會降低到183℃;對于SnPbAg共晶體,焊點中焊料某些部分的熔點會降低到178℃。
凝固時焊料的收縮 
           熔化了的焊料在凝固時收縮大約4%。體積的縮小大部分是出現在焊料最后凝固的地方。通常在這些地方出現熔化溫度最低的共晶晶粒。如果這些晶粒是在焊點的表面,就可能導致焊點呈現灰暗。體積縮小這4%,往往就是焊點中出現微裂紋的原因。例如,在這個過程中,當焊钖因為焊接時焊盤向上移動而流動,并在冷卻時流回去,這些微裂紋就會由于體積縮小和流動而演變成為更大的裂紋。這些裂紋只會在焊點的表面出現。孔壁上的銅和引腳之間的焊料通常會形成可靠的連接,增加焊點的強度。
焊膏未完全凝固時待焊元件移動或者焊料流動 
   當焊料還未完全凝固時,待焊元件或者焊料發生抖動,最壞的情況是焊點產生裂紋,最好的情況是焊點失去光澤。在焊點形成時焊盤的自然移動,也會引起這個現象。在元件有很多引腳(如連接器)的情況下,焊盤的移動相當大,有可能會導致焊钖撕裂、焊錫浮起或者焊盤的撕裂。 
    通孔銅鍍層與環氧基材料的熱膨脹系數(CTE)不同,會引起焊盤變化。于是在接觸到焊錫波時,焊盤會上升,沿著銅桶的邊沿上呈楔形,在液態焊料流進孔中形成焊點的過程中也會出現這個現象。 
    只要焊點一離開焊料焊钖波,它就開始凝固。最初,在此期間較多的熱量轉移到環氧/玻璃布材料上,直到熱能完全消失。然后,電路板冷卻,并恢復到原來的狀態。此時,楔形的焊盤又恢復成平面狀。當這一切發生時,焊料并未完全凝固,它仍處于糊狀。正是這時的抖動會在焊點凝固時影響焊點的表面,并與收縮和撕裂一起導致裂紋產生。裂紋通常與印刷電路板表面是平行的。有時裂紋呈環狀。
焊點的外觀 
    在凝固期間,最低熔點的共晶被已經凝固的微粒(熔點更高的共晶)所包圍。這就是說,在焊點的最后凝固階段,液態的熔融的焊料和已經凝固的微粒,形成了不同的紋理結構。在凝固時,焊料的體積大約收縮4%。體積的減少和收縮大多數發生在焊點最后凝固的那部分合金。在液體和固體混合凝固的不同階段,它們各有不同的表面結構,加上體積的收縮,就形成了表面沒有光澤的焊點。
     一般而言,所有這些機理都是同時發生的,只是每一組焊點的速度各不相同。這可以解釋為焊接后焊點的外觀的差別。因為灰暗的焊點表面是由于工藝過程和使用的合金共同所致的,這樣的結果應該看作是“正常”的。這也是為什么灰暗或者沒有光澤的焊點,應該視為正常的而不是缺陷的原因。
強迫冷卻的效果 
     強迫冷卻可以幫助印刷電路板以較快的速度降低溫度,但是對于上述機理沒有任何實際作用。它能夠防止在焊接后焊點在凝固時散發出的熱量進一步積累起來——如果是在安裝元件的一側冷卻的話。通過測量焊點凝固時溫度的變化,我們知道大多數焊點是在離開焊錫波之后的三秒鐘內完成凝固的。在這之后的任何冷卻,對已經凝固的焊點都不會有重要的作用。在這三秒鐘內,強迫風冷也會將焊錫波冷卻,這不是人們想要的,最好不要這么做。使用SAC合金時,達到凝固溫度的時間一般是1.4秒,而焊點在離開焊錫波后在3.2秒內完全凝固。
結論 
     在無鉛焊接中,焊點沒有光澤或者灰暗,這是正常的,不應當把它當作缺陷來看待。由于個別焊點熱設計上的不同,不同的冷卻狀態,都會導致同一塊電路板的焊點之間灰暗程度或者光澤度不同。在一個工藝過程中,同類的焊點大致相同,焊接后的外觀也差不多。然而,其他的焊點,例如,較大或者較小的孔、不同尺寸的焊盤、其他類型的引腳或不同的元件,它們經受不同的冷卻過程,結果就會有不同的焊點表面。最后,焊料的成分是所有問題和結果的主導因素。在無鉛波峰焊接中,在焊接之后的強迫冷卻無法消除或防止焊點外觀灰暗。

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