助焊剂无卤助焊剂水基助焊剂合明科技分享：波峰焊接中影响桥连现象发生的因素有哪些

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在工业生产运行中，具体构成对“桥连”现象的直接或间接的各种影响因素是多种多样的。譬如说：钎料波峰的波形、钎料波峰的平整度、液态钎料的温度、相邻导体间的间距、基体金属表面的净度、钎料的纯度、助焊剂的活性、引脚伸出板面的高度、操作时的夹送角度、PCB压入波峰钎料的深度…等。下面我们将对上述所列的各因素及其具体作用的物理化学过程一一分述如下：

⑴   钎料波峰形状的影响

波峰焊接效果与钎料波峰形状的正确设计关系极大，正确选定钎料工作波形是减少焊接缺陷(桥连、拉尖、气孔、板面污物等)的重要环节，公司所用的原设备上所采用的钎料工作波形，如图17(a)所示。

该波形不足之处是：

①  波的前端过于陡直，对波面上所出现的纵向凹纹、凹槽等不仅无填补作用，而且还有放大作用；

②  波峰的后部呈水平状，易滞留氧化浮渣；

③  流体流速(V2)很小(V2＜＜V0)， PCB与钎料波峰脱离时速度不易匹配，脱离条件差；

④  波峰阔度偏小(k1＜k1＇)，生产效率不高，透孔性能差。

      而图15(b)的优势在于：

①  波的前部宽，坠落过程比较缓，对波面出现的纵向凹纹和凹槽有良好的填平作用；

②  波的前半部液流逆PCB夹送方向互动时间长，擦拭和浸润效果好；

③  波面呈曲面，不易滞留氧化浮渣；

④  V2≈V0 ，脱离时速度匹配性好

⑤  调节调节板1可以方便地调节前半部波形特性和波速V1的大小和方向，而调节调节板2可以改变后半部分的波形特性和波速V2 的大小和方向，使其达到最佳的脱离条件：

                                              V1＞V0

                                              V2≈V0 (在脱离点B相对速度为零)

⑥  波的阔度：  K 1’＞K1 ，故图17(b)生产效率比图17(a)高。

⑵  钎料波峰平整度的影响

        钎料波峰平整度差是导致波峰钎料浸入PCB后产生横向流动的根源，而在波峰焊接过程中波峰中横向流动和漩涡运动，是导致密集型焊点群(如96芯扦座等)产生横向桥连和复合桥连现象的要害，如图18所示。此现象的危害，就在于它还未被人们所发现。

        图18中当V_过大时是导致横向桥连的主因，而合成速度Va往往最易导致复合桥连现象的发生，如图4所示。

⑶   温度的影响

       影响表面张力 f 大小的因素，对熔融钎料本身来说主要是液态钎料的温度和液态钎料本身的粘度μ。，它们之间的变化关系可以下通过式( 8 )和（ 9）来描叙。

 ( 8 ) f  ＝  4 98.1－0.045T                                                               

        μ ＝ μ0 e                                                                                    

( 9 )式中：f    ──   表面张力；

                T   ──   绝对温度；

                μ   ──   粘度；

                μ0  ──   室温下的粘度；

                E   ──   活化能量；

                k   ──   波耳兹曼常数。

        由式( 8 )、( 9 )可知随着温度的升高熔融钎料的表面张力和粘度都要减小，这有利于熔融钎料从PCB上的剥离。然而温度过高熔融钎料氧化加剧，液态钎料表面为一层氧化膜所包裹，其综合效果相当于表面张力增大、熔融钎料漫流性变差，此时薄层中的多余钎料不容易被拉回波峰也要形成“桥连”。因此选择合适的焊接温度对消除“桥连”影响很大，高了不行，低了也不行。由于钎料表面张力是受钎料温度影响的，温度高会减少表面张力，但也会使液态钎料表面氧化加剧。因此，采取过量升温的办法不能显著改善钎料表面张力状态。

⑷    相邻导线或焊盘间距的影响

       影响位于薄层区剥离线上的一些曲线段，如图16所示。曲率半径的大小是相邻导线之间间距的函数，间距增大，曲率半径随之增大，附加内压降低，因此不易形成“桥连”的条件。相反相邻导线之间的间距变窄，曲线的曲率半径变小，跨接在剥离线相邻二导体之间的熔融钎料内压负得更大，从而导致与相邻区域(焊盘或导线)熔融钎料之间的内压差增大，相邻区域(焊盘或导线)的熔融钎料都流向跨接区，造成钎料在跨接区集聚而形成“桥连”。

⑸   基体金属表面净度的影响

        基体金属表面净度反映了熔融钎料对基体金属表面的润湿能力，通常可用润湿力（吸附力）来表述。我们知道，纯净的金属表面均存在着由原子引力所构成的力场，只有当基体金属表面很洁净时，钎料与基体金属原子才能接近到能够相互吸引结合的距离，即接近到原子引力起作用的距离。钎料对基体金属的润湿力（附着力），就表现在这种原子间的引力以及熔融钎料沿着表面的凸凹和伤痕所形成的毛细吸管润湿扩散时所存在的作用力之和。当基体金属表面或熔融钎料表面粘附有氧化物或污垢时，它就将妨碍熔融钎料原子自由地接近基体金属原子，这样就不会产生润湿作用。

        熔融钎料对基体金属润湿力大小对“桥连”现象的发生影响很大。图19 示出了基体金属表面净度对形成“桥连”现象的影响(忽略重力作用的影响)。位于相邻二焊盘之间的熔融钎料对基体金属的润湿力Fw  作用方向是指向焊盘的，它有将中间钎料吸向焊盘的趋势，显然该力对消除“桥连”有好处。而位于桥连区域内液态钎料中附加的负压却要将焊盘上的钎料吸向桥连区，其作用正好与润湿力的作用效果相反。焊盘表面若很洁净，则润湿力就大，对消作用也就大，所以不易“桥连”；如果表面被污染了，则润湿力很小甚至为零，因此润湿力的对消作用就很微弱甚至丧失，所以发生“桥连”的可能性就很大。

⑹   钎料纯度的影响

        我们知道液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体中如果掺进杂质，虽然有降低表面张力的趋势，但液态钎料粘度却明显增大多了。粘度的增大将导致液态钎料的流动性明显变差。表现的现象和表面張力增大有相似的效果。在波峰焊接中钎料槽中的钎料会不断地受到杂质金属（如铜等）的污染，当杂质金属积累到一定浓度后，将改变合金的物化特性，导致钎料的粘度发生明显的变化（增大），所以“桥连”现象将频繁出现。

⑺   助焊剂的活性及预热温度的影响

        通常被焊基体金属表面都会被一层薄的氧化膜所包裹，因此波峰焊接之前必须要通过助焊剂中的活性物质，将其破除以获得纯净的金属表面。如果说助焊剂的活性达不到此目的，就将因润湿性不好而产生“桥连”。助焊剂活性的充分发挥与预热温度关系密切。预热温度低，助焊剂的化学活性发挥不充分，基体金属表面洁净度达不到要求，也易造成“桥连”。预热温度过高也是不利于“桥连”现象的消除。其原因是：

①  助焊剂中的溶剂过量挥发，活性剂迅速分解，被净化了的表面因得不到保 护而出现二次氧化现象；

②  因助焊剂干枯，PCB基板进入波峰后，助焊剂已丧失降低液态钎料表面张力、加速钎料漫流的作用。

⑻  PCB元器件安装设计不合理，板面热容量分布差异过大

        在实践中经常出现下述现象：即波峰焊接工艺参数的设置、基体金属表面的可焊性、钎料及助焊剂的成分和物化特性…等均无问题，但在一些大热容量焊点密集的区域却老出现“桥连”现象。分析此现象，纯属安装设计不合理所造成。将本身热容量很大的零部件均密布在某一区域内，从而构成了大热容量区域。波峰焊接时在同样操作条件下，这部分区域不能从波峰钎料中吸取到达到润湿温度所需要的足够的热量。导致这部分温度偏低，钎料表面张力和粘度都将偏大，从而造成润湿性不良而形成“桥连”。提高钎料槽温度或者降低夹送速度，可以抑制此区域内“桥连”现象的发生，但对大部分热容量小的区域的元器件，又将因过热而损坏。从理论上讲，采用小惯量可变速夹送自动拖动系统，可解决这一问题，然而现有的波峰焊接设备都不具备这样的功能。

⑼  PCB吃锡深度对“桥连”现象的影响

        波峰焊接中PCB的吃锡深度，反映了PCB在波峰上所受液体压力的大小。浸入钎料一定深度而产生的向上压力，虽然在焊点形成期间它是一个推力，但它主要的作用是逐渐地送进钎料和传热，而不是使钎料上爬。浸入的深度与PCB厚度及类型要相适应   。过大不仅易导致熔融钎料溢流到PCB板的元件面，同时也是导致“桥连”现象的因素。主要原因是：

①   PCB板厚的挡流作用明显了，管道截面变窄、流道不畅破坏了管道内的层流状态；

②   PCB离开钎料波峰时剥离薄层区将加宽加厚，更多的液态钎料被PCB板携带出来堆积在负压区而形成“桥连”和“拉尖”。

⑽   元器件引脚伸出PCB板的高度对“桥连”现象的影响

        元器件引腿伸出焊盘的高度，是引起相邻焊点间发生桥连的重要因素。特别是对密集型焊点群(如96芯插座)优为明显。

        图20(a)中，因引脚伸出板面过长，由于前面引脚的阴影效应，脱离时剥离薄层区被拉长，将后面焊点及引脚全套入了薄层区内，因而造成了“桥连”的条件。

        图20(b)为标准伸出高度，由于前面引脚阴影效应不明显，剥离薄层区很窄，不可能跨越两个焊盘，因此不易形成“桥连”的条件。

        引脚伸出的安全高度与所用钎料波峰的形状及夹送的倾斜角有关，根据公司的设备条件经过初步测算，对96芯插座的安全高度(不发生桥连的高度)的临界值大约为0.7mm左右。

⑾    PCB夹送速度对“桥连”现象的影响

       对此问题的讨论将涉及到钎料波峰动力理论，在后续的专题课中将讨论到，故此处不作分析。

⑿    PCB夹送倾角对“桥连”现象的影响

        当PCB采用倾斜某一角度进入钎料波峰的方法时可以减小附面层的大小，其核心还是可以归并到改变流体的流速上。

        其它诸如：基板经过波峰时，夹送方向不合适； PCB布线和安裝设计不好；基板表面被脏的钎料所沾污；引线弯曲方向不合理等影响因素就不作详细分析。

桥连现象的预防 

①     改善钎料表面张力作用；

②     改变钎料波峰剥离薄层区的波速特性；

③     调整焊接时间和夹送速度；

④     调整焊接温度 和预热溫度；

⑤     调整夹送倾角和压波深度；

⑥     检测助焊剂的有效性；

⑦     改善助焊剂的涂覆方式和涂覆量；

⑧     纠正不良的设计；

⑨     正确处理引线折弯方向和伸出高度；

⑩     严格监控钎料槽钎料的污染程度(杂质金属含量)。