電子裝聯(lián)中焊接的質(zhì)量分析

楊水軍，山 峰

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京， 100176）

電子裝聯(lián)中焊接的質(zhì)量分析

楊水軍，山 峰

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京， 100176）

在電子裝聯(lián)中，焊點(diǎn)濕潤角、焊接溫度、焊接時(shí)間是影響焊接質(zhì)量的三個(gè)重要因素，只有正確掌握這三個(gè)重要因素的最佳參數(shù)值就可以達(dá)到提高焊接質(zhì)量的目的。另外，通過對在電氣質(zhì)量檢驗(yàn)工作中遇到的八種類型常見的不合格焊點(diǎn)以圖文并茂的形式進(jìn)行了質(zhì)量分析，可對提高電氣質(zhì)量檢驗(yàn)有很重要的參考作用。

濕潤角；焊接溫度及時(shí)間；虛焊；橋接

電子裝聯(lián)技術(shù)是電子裝備制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，是電子裝備實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化、多功能化和高可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。焊接是電子裝聯(lián)過程中的一道關(guān)鍵工序，只有掌握好焊接理論，才能用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，才能在質(zhì)量檢驗(yàn)的實(shí)際工作中嚴(yán)格把關(guān)，從而提高設(shè)備的可靠性。下面分別從焊接的理論分析（基本原理、潤濕角、焊接溫度與時(shí)間）以及焊點(diǎn)缺陷及質(zhì)量分析和焊點(diǎn)的質(zhì)量檢驗(yàn)這個(gè)三個(gè)方面進(jìn)行詳述。

1 焊接的理論分析

1.1 焊接的基本原理

電子裝聯(lián)中的焊接是通過熔融焊料合金（鉛錫合金）與兩個(gè)被焊接金屬表面之間生成金屬間合金層（焊縫），從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)被焊接金屬之間電氣與機(jī)械連接的焊接技術(shù)。電子裝聯(lián)中焊接點(diǎn)的形成基本取決于焊料和基體金屬結(jié)合面的潤濕作用，也正是基體金屬被熔融焊料的物理濕潤過程形成了結(jié)合界面。因此，在電子裝聯(lián)焊接接頭形成過程中，濕潤機(jī)理具有特別重要的作用，它揭示了焊接頭的原子結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生連接強(qiáng)度的原因。

當(dāng)焊料被加熱到熔點(diǎn)以上時(shí)，焊接金屬表面在助焊劑的活化作用下對金屬表面和污染物起到了清洗的作用，同時(shí)使金屬表面獲得了足夠的激活能。熔融的焊料在經(jīng)過助焊劑凈化的金屬表面上進(jìn)行侵潤、擴(kuò)散、溶解、冶金結(jié)合，在焊料和被焊金屬表面之間生成金屬間結(jié)合層，冷卻后使焊料凝固，從而形成焊點(diǎn)。焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度與金屬間結(jié)合層的結(jié)構(gòu)和厚度有關(guān)。

1.2 潤濕角

它是指金屬表面和熔融焊料交界面與熔融表面在其交點(diǎn)切線和金屬表面的夾角，見圖1。在檢驗(yàn)焊點(diǎn)的質(zhì)量時(shí)，潤濕角的數(shù)值大小是個(gè)很重要的參數(shù)，表1是電子行業(yè)軍標(biāo)SJ20385A-2008《軍用電子設(shè)備電氣裝配技術(shù)要求》中對潤濕角的要求。

圖1 濕潤角

表1 焊點(diǎn)濕潤角與焊點(diǎn)質(zhì)量的關(guān)系

由此可見：當(dāng)潤濕角θ＞70°時(shí)，不但焊接強(qiáng)度降低，而且還存在著虛焊的危險(xiǎn)性。

1.3 焊接溫度與時(shí)間

焊接溫度和焊接時(shí)間是影響焊接質(zhì)量的決定性因素之一，經(jīng)過實(shí)踐證明：焊接的強(qiáng)度并不是隨著溫度和時(shí)間的增加而增加，當(dāng)焊接溫度超過260℃，焊接時(shí)間超過5 s后，焊接強(qiáng)度不但不增加，反而急劇減小。

具體產(chǎn)品的焊接溫度和焊接時(shí)間取決于焊點(diǎn)和元器件的大小、散熱的快慢以及烙鐵頭的回溫速度，另外，不同材質(zhì)的焊料其最佳的焊接溫度和焊接時(shí)間也有所不同，在確保焊接質(zhì)量的情況下，應(yīng)盡可能降低焊接溫度，縮短焊接時(shí)間。通常來說，印制電路板的手工焊接溫度選擇為250℃±5℃，焊接時(shí)間選擇為2～3 s為較佳選擇。

2 焊接的缺陷及質(zhì)量分析

在實(shí)際工作中通過對大量的電路板焊點(diǎn)的檢驗(yàn)，總結(jié)出以下八種焊接缺陷現(xiàn)象，下面分別對八種焊接缺陷進(jìn)行質(zhì)量分析。

2.1 虛焊

虛焊是指焊錫只是依附在被焊物的表面，焊錫未與被焊接的金屬緊密結(jié)合而形成金屬合金，從外形上看，虛焊的焊點(diǎn)幾乎是焊接良好的，但實(shí)際上焊錫與被焊件是松動(dòng)的或是電阻很大甚至無連接，由于虛焊點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)，它經(jīng)常處于似接觸而非接觸的狀態(tài)，從而引起相關(guān)電路系統(tǒng)工作不穩(wěn)定和不可靠。所以，虛焊的危害性很大，在圖2中的這個(gè)虛焊點(diǎn)是一個(gè)器件的引腳，當(dāng)該印制電路板通電調(diào)試時(shí)，其單元電路工作狀態(tài)時(shí)好時(shí)壞，有時(shí)該印制電路板水平放置時(shí)工作正常，但垂直放置時(shí)工作又非正常了，經(jīng)過反復(fù)排查和儀器檢測發(fā)現(xiàn)此焊點(diǎn)為虛焊點(diǎn)，原因是該器件的引腳氧化比較嚴(yán)重，從而造成了虛焊。另外，由于印制電路板的焊盤上有氧化層、油污，這些污物未被清潔也可造成焊錫與被焊物的隔離，因而產(chǎn)生虛焊。如果在焊接時(shí)焊點(diǎn)上的溫度較低，熱量不夠，致使助焊劑未被充分揮發(fā)，在被焊面上形成一層助焊劑薄膜，造成焊錫的潤濕不良而產(chǎn)生虛焊。

圖2 虛焊

2.2 橋接

它是指焊錫將電路板相鄰的印制導(dǎo)線及焊盤短路連接。它是因焊錫過多或焊接技術(shù)不良造成。當(dāng)焊接時(shí)間過長使焊錫的溫度過高時(shí)，將使焊錫流動(dòng)而形成橋接。如圖3中的兩個(gè)焊點(diǎn)之間是因?yàn)殡娎予F頭上的焊錫過多而產(chǎn)生了橋接，造成了電路短路，使相關(guān)電路工作不正常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使元器件因橋接短路而損壞。處理橋接的方法：先將電烙鐵頭上多余的焊錫去掉，再將橋接的多余焊錫帶走以斷開短路部分。

圖3 橋接

2.3 拉尖

它是指焊點(diǎn)上有焊錫尖產(chǎn)生，產(chǎn)生拉尖的原因：由于焊接時(shí)間過長，焊劑揮發(fā)過多，致使焊錫黏性增加，從而產(chǎn)生拉尖，見圖4。如果電烙鐵撤離的方向不當(dāng)，也容易產(chǎn)生拉尖。拉尖焊點(diǎn)的危害性是：當(dāng)印制電路板上的焊點(diǎn)分布密度較高時(shí)，有拉尖的焊點(diǎn)很容易與相鄰的焊點(diǎn)發(fā)生橋接，從而造成短路。另外，如果帶有拉尖的焊點(diǎn)工作在高電壓狀態(tài)時(shí)，就會(huì)與其他相鄰的焊點(diǎn)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，也會(huì)使相關(guān)電路工作不正常。避免產(chǎn)生拉尖的方法是：嚴(yán)格控制焊接的最佳時(shí)間。

2.4 堆焊

圖4 拉尖

它是指焊點(diǎn)的焊錫過多，焊料面呈凸型，見圖5。造成堆焊的原因：焊錫過多或焊錫的溫度過低，焊錫未被完全熔化，以及焊盤無潤濕等。避免堆焊的方法：徹底清潔焊盤和引線，或提高電烙鐵的功率。

圖5 堆焊

2.5 空洞

它是由于焊盤的穿線孔太大，焊錫不足，致使焊錫未全部填滿焊孔而形成，如果焊孔的周圍有氧化物等，都會(huì)造成空洞現(xiàn)象，見圖6。

圖6 空洞

2.6 浮焊

浮焊的焊點(diǎn)沒有正常焊點(diǎn)的光澤和圓滑，而是呈白色細(xì)粒狀，表面凹凸不平，見圖7。造成浮焊的原因是：電烙鐵的溫度不夠，或焊接時(shí)間太短或焊錫中雜質(zhì)太多，浮焊的焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度較弱，焊錫易脫落。解決的方法：掌握正確的焊接溫度和焊接時(shí)間。

圖7 浮焊

2.7 焊錫裂紋

焊點(diǎn)上的焊錫產(chǎn)生裂紋是由于焊錫沒有完全凝固時(shí)，移動(dòng)了被焊物的位置而造成，見圖8。

圖8 裂紋

2.8 銅箔翹起或焊盤脫落

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是焊接溫度過高及焊接時(shí)間過長，見圖9。

圖9 焊盤脫落

3 焊點(diǎn)的質(zhì)量檢驗(yàn)

符合以下基本要求的焊點(diǎn)，才能判定為合格焊點(diǎn)。

（1）焊點(diǎn)表面光滑、明亮、無針孔或非結(jié)晶狀態(tài)。

（2）焊料應(yīng)連續(xù)、良好的濕潤全部焊接表面，圍繞焊點(diǎn)四周形成焊縫，濕潤角30°＜θ＜40°。

（3）焊點(diǎn)和連接部位不應(yīng)有劃痕、尖角、針孔、砂眼、焊劑殘?jiān)⒓捌渌s物。

（4）焊料不應(yīng)呈尖峰狀，相鄰導(dǎo)體間不應(yīng)發(fā)生橋接、拉尖等現(xiàn)象。

（5）焊點(diǎn)的焊料與焊接部位間不應(yīng)有裂紋，焊接后的印制電路板表面不得有斑點(diǎn)、裂紋、氣泡、炭化，銅箔和焊盤不得起翹。

4 結(jié)束語

電子裝聯(lián)技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及到工藝、材料、操作者的技術(shù)素質(zhì)等諸多方面。要制造出高可靠性的設(shè)備，必須全面提高人們的質(zhì)量意識，只有這樣才能適應(yīng)電子裝聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展。

：

[1]SJ20385A-2008軍用電子設(shè)備電氣裝配技術(shù)要求.中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部，2008，P16-18[S].

Welding Quality Analysis in Electronic Assembly

YANG Shuijun，SHAN Feng
（The 45thResearch Institute of CETC，Beijing 100176，China）

Abstract:Welding wetting angle，weiding temperature，weiding time are the three kay factore that affect welding quality，To improve welding quality the control of the most optimized parameters heeds to be grasped.Besides the eight types of typical defects of welding point that influence welding quality in electronic quality inspection are analized，Which plays very important reference role to the improvement of electronic inspection quality.

Keywords:Wetting angle；Welding temperature and time；Void welding；Bridge connection

TG454

A

1004-4507（2013）12-0049-04

2013-11-11

楊水軍（1956.7-），男，河北大城人，中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所質(zhì)量管理部，工程師，主要從事電氣質(zhì)量檢驗(yàn)工作。