釬焊是采用比母材熔化溫度低的填充材料(釬料),加熱溫度低于母材固相線而高于釬料液相線,借助于釬料熔化填滿母材間隙,然后冷卻形成接頭的一種焊接技術(shù)。
通孔元器件手工焊接過程中,元器件焊盤和引腳通過助焊劑去除氧化層后,經(jīng)過電烙鐵對焊錫、焊盤及元器件引腳加熱后,融化的焊料依靠對通孔焊盤的潤濕作用和毛細(xì)現(xiàn)象沿焊盤孔爬升,形成焊點(diǎn)。
熔融態(tài)焊錫的爬升高度由式(1)表示:
h=2(σsg-σsl)/ρga(1)
式中:h——焊料填充高度;σsg——固氣界面張力;σsl——固液界面張力;ρ——熔融態(tài)焊料密度;g ——重力加速度;a——焊盤孔的直徑。
熔融態(tài)焊錫的動(dòng)態(tài)爬升速度由式(2)表示:
V=dy/dt=aσlcosθ/4ηy(2)
式中:h——焊料填充高度;σsg——固氣界面張力;σsl——固液界面張力;ρ——熔融態(tài)焊料密度;g——重力加速度;a——焊盤孔的直徑。
由式(1)中可以看出:當(dāng)元器件引腳與焊盤孔壁的間隙越小時(shí),液態(tài)焊料的毛細(xì)作用越強(qiáng),通孔焊盤內(nèi)焊料的填充高度就越高,焊點(diǎn)的透錫效果就越好。
從式(2)中可以得出:液面的接觸角 θ 越小,熔融態(tài)焊料流向印制板元器件面的速度越快;降低焊料的粘度可以有效地降低液面的接觸角。熔融態(tài)焊料的粘度隨著加熱溫度的升高而下降,所以提高焊接溫度可以加快液態(tài)焊料的爬升速度。
通過以上對焊料在金屬化孔內(nèi)爬升的物理過程分析,可以得出下列關(guān)鍵因素影響通孔器件焊點(diǎn)的透錫性:
a.焊接工藝參數(shù)的設(shè)定。印制電路板的預(yù)熱溫度、通孔焊點(diǎn)的焊接溫度與時(shí)間等主要工藝參數(shù)影響通孔焊點(diǎn)的透錫性。
b.金屬化孔與元件腳之間的間隙。過小的間隙會(huì)導(dǎo)致焊料難以穿透金屬化孔在元件面焊盤形成潤濕,過大的間距不僅減弱了焊料在焊盤孔內(nèi)的毛細(xì)作用,還將使元件引腳與焊盤結(jié)合的機(jī)械強(qiáng)度變?nèi)酢?/span>
c.印制板的設(shè)計(jì)工藝性。印制板設(shè)計(jì)中,通孔焊盤與大面積覆銅層直接連接,當(dāng)使用電烙鐵對這類焊盤上的焊點(diǎn)進(jìn)行焊接操作時(shí),烙鐵頭的熱量迅速地流向了大面積敷銅層,熱量不足以保持熔融態(tài)的焊料從焊接面流向元件面,造成通孔焊點(diǎn)透錫不良。
當(dāng)通孔焊盤連接的大面積覆銅層層數(shù)、手工焊接溫度、焊接時(shí)間等其它影響因素全部限定并相同的情況下,本文只針對器件引腳與焊盤孔間距進(jìn)行分析研究,通過手工焊接試驗(yàn)、顯微剖切試驗(yàn),觀察通孔焊點(diǎn)的透錫效果,從而得出最適合焊點(diǎn)透錫的間距要求。