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波峰焊锡渣形成机理


http://www.aifahx.com 2010年10月27日

    

 波峰焊焊接过程中广泛使用双波峰,第一个波峰为汌流波峰,其波面宽度比较窄,熔融焊料流速比较快;第二个波峰为层流波,波面平整稳定,如一面镜子,流速较慢。波的表面不断有新的熔融焊料与氧接触,氧化渣是在熔融焊料快速流动时形成的,它与静态氧化有很大的不同,动态时形成的焊料渣有三种形态:

1  表面氧化膜

    锡炉中的熔融焊料在高温下,通过其在空气中的暴露面和氧相互接触发生氧化。这种氧化膜主要形成于锡炉中相对静止的熔融焊料表面呈皮膜状,主要成分是SnO。只要熔融焊料表面不被破坏,它就能起到隔绝空气的作用,保护内层熔融焊料不被继续氧化。这种表面氧化膜通常占氧化渣量10%左右。

2  黑色粉末

    这种粉末的颗粒都很大,产生于熔融焊料的液面和机械泵轴的交界处,在轴的周围呈圆形分布并堆积。轴的高速旋转会和熔融焊料发生摩擦,但由于熔融焊料的导热性很好,轴周围熔融焊料的温度并不比其它区域的温度高。黑色粉末的形成并不是应为摩擦温度的升高所致,而是轴旋转造成周围熔融焊料面的漩涡,氧化物受摩擦随轴运动而球化。同时摩擦可造成焊料颗粒的表面能升高而加剧氧化;约占氧化渣量的20%左右。

3  氧化渣

    机械泵波峰发生器中,存在着剧烈的机械搅拌作用,在熔融焊料槽内形成剧烈的漩涡运动,再加上设计的不合理造成的熔融焊料面的剧烈翻滚。这些漩涡和翻滚运动形成的吸氧现象,空气中的氧不断被吸入熔融焊料内部。由于吸入的氧有限,不能使熔融焊料内部的氧化过程进行得像液面那样充分,因而在熔融焊料内部产生大量银白色沙粒状(或称豆腐渣状)的氧化渣。这种渣的形成较多,氧化发生在熔融内部,然后再浮向液面大量堆积,甚至占据焊料槽的大部分空间,阻塞泵腔和流道,最后导致波峰高度不断下降,甚至损坏泵叶和泵轴;另一种是波峰打起的熔融焊料重新流回焊料槽的过程中增加了熔融焊料与空气中氧的接触面,同时在熔融焊料槽内形成剧烈的漩涡运动形成吸氧现象,从而形成大量的氧化渣,典型结构是90%金属加10%氧化物。

     日本学者Tadashi Takemoto等对SnAg3.5SnAg3.0Cu0.5Sn63Pb37焊料进行试验,发现所有焊料的氧化渣重量都是通过线性增长的,三种焊料氧化渣的增长率几乎相同,也就是其增长率与焊料成分关系不大。氧化渣的形成与熔融焊料的流体流动有关,流体的不稳定性及瀑布效应,可能造成吸氧现象及熔融焊料的翻滚,使氧化渣的形成过程变得更加复杂。另外,从工艺角度讲,影响氧化渣产生因素包括波峰高度、焊接温度、焊接气氛、波峰的扰度、合金的种类或纯度、使用助焊剂的类型、通过波峰PCBA的数量及原始焊料的质量等。

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