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波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

2019-05-05 11:30
可靠性杂坛
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一、概述

1.波峰焊接焊点接头工艺可靠性设计的意义所谓焊接接头设计,就是把与焊接相关的一些现象和影响因素,诸如可焊性,与焊点接合部有关的机械的、电气的、化学的等诸特性,在焊接工程实施之前就进行全面的规划。实践证明,能否获得可靠性高的焊点,其基本条件就取决于完善的接头设计。日本有学者统计焊点缺陷的40%~50%是由于接头设计不合适而引起的。即便使用了可焊性非常好的材料,如果接头设计有缺陷,那么焊点的可靠性也不会高。

2.波峰焊接焊点的形成过程及控制因素在波峰焊接焊点的形成过程中,波峰焊接参数是控制因素。波峰焊接焊点的接头设计和结构模型、波峰焊接温度、波峰焊接时间、基体金属类型、所用助焊剂种类、加热和冷却方式以及其他因素等对钎料接头特性,特别是焊点的可靠性的影响是很大的。故对基体金属材料选择时,要充分关注下列因素:① 机械性能:材料的抗拉强度、疲劳强度、延伸率和硬度。② 物理性能:材料的密度、熔点、热膨胀系数和电阻率。③ 化学性能:材料的耐腐蚀性和电极电位。④ 焊接特性:材料的可焊性(润湿性)、被焊材料的溶蚀性及合金层的形成等。其中特别是①、②、③项各自作为独立的因素,它们和母材焊接连接更是不可轻视的。例如,把热膨胀系数差异很大的异种材料(如金属和陶瓷)焊接连接时,其疲劳强度就会成为问题。同样把电极电位不同的材料焊接在一起时,电化学腐蚀等相关问题也是要认真考虑的。因此,选定母材时,必须妥善处理其各自的特性和焊接的匹配性。而且,焊接特性受选定的母材的种类所限制,采用表面处理镀层可充分得到改善。

二、焊点的接头

1.焊点的接头模型焊接界面的连接是靠钎料对两个基体金属表面的润湿作用。钎料是连接材料,钎料固着于基体金属表面,因而提供了金属的连续性。除此之外,钎料还用于被桥连起来的两个被润湿的表面,构成二基体金属间的连接环节。此时钎料的性能决定了整个焊接接头的性能。图1示出了波峰焊接接头的结构模型,在焊接中靠润湿作用形成连接界面。熔点较低的钎料是良好的填充金属,能够导电和导热,并具有可延展性、光泽等所有金属性能。

波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

图1 焊接接头的结构模型

SnPb钎料的可延展性和该组分钎料中的大多数合金,在室温或接近室温情况下的退火能力,使焊接接头中的钎料成为极好的应力连接材料。由于SnPb钎料具有吸收并随时释放应力的能力,使得组装件在承受振动和受热时,在焊接接头中形成的很大的应力被释放,从而避免了组装件的损坏。假如该应力未被释放而被传递到强度较低的元器件上(如金属-陶瓷接合面等),将导致连接处破裂。由此可见,SnPb钎料强度低这个“弱点”,实际上是其优点。

2.波峰焊接的基本接头结构和工艺设计要求1)基本的接头结构类型波峰焊接焊点接头设计中需要考虑两个问题,即机械强度要求和电气上的载流能力。在PCBA的组装焊接中广泛采用搭接接头和套接接头,主要的接头可列举如下。(1)重叠搭接接头。重叠搭接接头是一种极为常用的焊接接头,其结构形式如图2所示,两个被焊基体金属重叠搭接在一起,填充于其间的钎料把二者连接成一体。这种接头的强度随重叠搭接面积的变化而变化,在直拉力作用下,接头承受剪切作用力;在弯曲力的作用下,接头承受拉伸或压缩作用力。在采用搭接接头的情况下,整个接头强度取决于重叠搭接面积,因而不难用改变搭接面积的办法来满足组装件对接头的强度和电气等性能的要求。

波峰焊接焊点的工艺可靠性设计

图2 重叠搭接接头

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