金屬焊接方法有40種以上,主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。
熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài),不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí),熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,形成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng),冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。
在熔焊過(guò)程中,如果大氣與高溫的熔池直接接觸,大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池,還會(huì)在隨后冷卻過(guò)程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷,惡化焊縫的質(zhì)量和性能。
為了提高焊接質(zhì)量,人們研究出了各種保護(hù)方法。例如,氣體保護(hù)電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣,以保護(hù)焊接時(shí)的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時(shí),在焊條藥皮中加入對(duì)氧親和力大的鈦鐵粉進(jìn)行脫氧,就可以保護(hù)焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進(jìn)入熔池,冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。
壓焊是在加壓條件下,使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合,又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊,當(dāng)電流通過(guò)兩工件的連接端時(shí),該處因電阻很大而溫度上升,當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí),在軸向壓力作用下連接成為一體。
各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過(guò)程,因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p,和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題,從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程,也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短,因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料,往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。
釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料,將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度,利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕工件,填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散,從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。
焊接時(shí)形成的連接兩個(gè)被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時(shí)會(huì)受到焊接熱作用,而發(fā)生組織和性能變化,這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。焊接時(shí)因工件材料、焊接材料、焊接電流等不同,焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過(guò)熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象,也使焊件性能下降,惡化焊接性。這就需要調(diào)整焊接條件,焊前對(duì)焊件接口處預(yù)熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。
電路板焊接缺陷的三大原因
板孔的可焊性對(duì)焊接質(zhì)量的影響
可焊性就是金屬表面被熔融焊料潤(rùn)濕,即焊料所在的金屬表面形成一層連續(xù)的,相對(duì)均勻的,光滑的附著薄膜。電路板孔可焊性不好,會(huì)造成虛焊缺陷,影響電路中元件的參數(shù)。不穩(wěn)定的多層板元器件和內(nèi)層線導(dǎo)通,嚴(yán)重時(shí)會(huì)致使整個(gè)電路的功能失效。
電路板
電路板可焊性受到以下幾個(gè)因素的影響:
(1)焊接材料的組成成分和被焊接的材料的性質(zhì)。 作為焊接化學(xué)處理過(guò)程的重要組成部分,焊接材料包含有助焊劑的化學(xué)材料,一般為低熔點(diǎn)共熔金屬為Sn-Pb或Sn-Pb-Ag,其中雜質(zhì)含量不能超過(guò)一定比例,防止雜質(zhì)產(chǎn)生氧化物而被助焊劑溶解。焊劑一般采用白松香和異丙醇溶劑,通過(guò)熱量傳遞,將電路板表面的銹蝕去除,幫助焊料更好地潤(rùn)濕被焊電路板的表面。
(2)電路板的可焊性還受到焊接的溫度和金屬板表面清潔程度的影響。溫度太高會(huì)加快焊料擴(kuò)散速度,提高焊料的活性,導(dǎo)致電路板和焊料熔融表面迅速氧化,形成焊接缺陷;受污染的電路板表面也會(huì)影響電路板可焊性從而產(chǎn)生錫珠、錫球、開路、光澤度不好等缺陷。
翹曲導(dǎo)致焊接缺陷
翹曲電路板的形狀
電路板和元器件在焊接過(guò)程中由于應(yīng)力變形翹曲,產(chǎn)生虛焊、短路等缺陷。電路板的上下部分溫度不平衡是造成電路板翹曲的主要原因。對(duì)于大的電路板來(lái)說(shuō),自身重量下墜也會(huì)產(chǎn)生翹曲。普通的PBGA器件與電路板之間的距離約為0.5mm,如果電路板上器件較大,電路板在降溫后逐漸恢復(fù)正常形狀,而應(yīng)力作用將長(zhǎng)時(shí)間作用于焊點(diǎn),這時(shí)如果器件抬高0.1mm,完全有可能會(huì)導(dǎo)致虛焊開路。
焊接質(zhì)量受電路板設(shè)計(jì)影響
電路板焊接過(guò)程
雖然焊接在布局尺寸大的電路板上較容易控制,但是板的尺寸過(guò)大會(huì)導(dǎo)致印刷線條長(zhǎng),阻抗也隨之增大,抗噪聲的能力下降,板的成本增加;板的尺寸過(guò)小時(shí),散熱能力下降,焊接的過(guò)程也不容易控制,還會(huì)發(fā)生相鄰的線條相互干擾的情況。所以,必須優(yōu)化印制電路板的設(shè)計(jì):
(1)盡量將高頻元件之間的連線縮短、減少電磁干擾。
(2)超過(guò)20g的大重量元件,應(yīng)該采用支架進(jìn)行固定,然后再進(jìn)行焊接工作。
(3)發(fā)熱的元件應(yīng)該考慮散熱的問(wèn)題,防止元件表面溫度較高產(chǎn)生缺陷,熱敏元件應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱源。
(4)為使電路板美觀且容易焊接,盡可能將元件進(jìn)行平行排列,這樣也有利于進(jìn)行大批量生產(chǎn)。電路板設(shè)計(jì)的最佳比例應(yīng)該為4∶3的矩形。導(dǎo)線寬度應(yīng)該盡量均衡,防止布線不連續(xù)。應(yīng)該避免使用大面積銅箔,防止其在電路板長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)發(fā)生膨脹和脫落的現(xiàn)象。
評(píng)論