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        波峰焊錫渣形成機理


        http://www.011882.com 2010年10月27日

            

         波峰焊焊接過程中廣泛使用雙波峰,第一個波峰為汌流波峰,其波面寬度比較窄,熔融焊料流速比較快;第二個波峰為層流波,波面平整穩定,如一面鏡子,流速較慢。波的表面不斷有新的熔融焊料與氧接觸,氧化渣是在熔融焊料快速流動時形成的,它與靜態氧化有很大的不同,動態時形成的焊料渣有三種形態:

        1  表面氧化膜

            錫爐中的熔融焊料在高溫下,通過其在空氣中的暴露面和氧相互接觸發生氧化。這種氧化膜主要形成于錫爐中相對靜止的熔融焊料表面呈皮膜狀,主要成分是SnO。只要熔融焊料表面不被破壞,它就能起到隔絕空氣的作用,保護內層熔融焊料不被繼續氧化。這種表面氧化膜通常占氧化渣量10%左右。

        2  黑色粉末

            這種粉末的顆粒都很大,產生于熔融焊料的液面和機械泵軸的交界處,在軸的周圍呈圓形分布并堆積。軸的高速旋轉會和熔融焊料發生摩擦,但由于熔融焊料的導熱性很好,軸周圍熔融焊料的溫度并不比其它區域的溫度高。黑色粉末的形成并不是應為摩擦溫度的升高所致,而是軸旋轉造成周圍熔融焊料面的漩渦,氧化物受摩擦隨軸運動而球化。同時摩擦可造成焊料顆粒的表面能升高而加劇氧化;約占氧化渣量的20%左右。

        3  氧化渣

            機械泵波峰發生器中,存在著劇烈的機械攪拌作用,在熔融焊料槽內形成劇烈的漩渦運動,再加上設計的不合理造成的熔融焊料面的劇烈翻滾。這些漩渦和翻滾運動形成的吸氧現象,空氣中的氧不斷被吸入熔融焊料內部。由于吸入的氧有限,不能使熔融焊料內部的氧化過程進行得像液面那樣充分,因而在熔融焊料內部產生大量銀白色沙粒狀(或稱豆腐渣狀)的氧化渣。這種渣的形成較多,氧化發生在熔融內部,然后再浮向液面大量堆積,甚至占據焊料槽的大部分空間,阻塞泵腔和流道,最后導致波峰高度不斷下降,甚至損壞泵葉和泵軸;另一種是波峰打起的熔融焊料重新流回焊料槽的過程中增加了熔融焊料與空氣中氧的接觸面,同時在熔融焊料槽內形成劇烈的漩渦運動形成吸氧現象,從而形成大量的氧化渣,典型結構是90%金屬加10%氧化物。

             日本學者Tadashi Takemoto等對SnAg3.5、SnAg3.0Cu0.5、Sn63Pb37焊料進行試驗,發現所有焊料的氧化渣重量都是通過線性增長的,三種焊料氧化渣的增長率幾乎相同,也就是其增長率與焊料成分關系不大。氧化渣的形成與熔融焊料的流體流動有關,流體的不穩定性及瀑布效應,可能造成吸氧現象及熔融焊料的翻滾,使氧化渣的形成過程變得更加復雜。另外,從工藝角度講,影響氧化渣產生因素包括波峰高度、焊接溫度、焊接氣氛、波峰的擾度、合金的種類或純度、使用助焊劑的類型、通過波峰PCBA的數量及原始焊料的質量等。
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