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焊点质量问题是关系到表面组装向无铅化推广和应用的关键问题,无铅化电子组装已成为国际电子整机业的必然趋势,无铅钎料作为有铅钎料的替代品,其高熔点和低润湿特性给传统的SMT工艺带来很大挑战。无铅波峰焊的焊接缺陷相对于传统的有铅波峰焊更加严重。
目前国内外普遍采用氮气保护来改善无铅化组装的工艺性。本文对空气和氮气条件下焊点质量进行分析,试验发现:氮气保护可以改善无铅钎料润湿性,减少润湿不良、桥连及爬升不足等焊后缺陷,提高产品成品率。同时,本文基于润湿平衡测量法,对上述条件下润湿性进行测试,试验结果显示:氮气保护可提高润湿力,减少润湿时间,增强润湿性,从而改善工艺窗口。
氮气保护虽然有利于无铅波峰焊工艺的改善,但是会增加生产成本,因而氧含量成为一个衡量实际氮气消耗量的重要工艺参数。本文对不同氧含量下焊点质量进行分析,通过缺陷统计法、氧化渣统计法的分析,氮气浓度基本在700~1000ppm左右比较合适。
对于无铅波峰焊的缺陷,重点对桥连与填充不足进行了分析,桥连发生的原因是钎料的润湿力不足,表面张力过大,使钎料很难被拉开。填充不足发生的原因是通孔焊盘表面和熔融钎料在接触过程中由于氧化膜的重新形成很难润湿,即使能达到润湿,但由于润湿时间有限,钎料难以爬升到通孔的另一面。
本文通过有限元模拟对波峰焊点的热循环可靠性进行了研究,金属间化合物的厚度是影响焊点可靠性的重要因素,本文通过钎料添加锌和增加焊后冷却速度来控制金属间化合物的增厚。
面临电子整机业的无铅化,现有的有铅波峰焊工艺生产线能否满足无铅化需求,是否需要改造是一个存在的现实问题。本文从实际出发给出了传统无铅波峰焊生产线改造的原则和方法。