电子产品在焊接过程中的靠得住性问题研究

关键词：回流焊、无铅、焊料

1 影响电子产品焊接可靠性的紧张成分

1.1 焊料利用

永劫光以来SnPb 共晶焊料都是电子产品组装过程中最得当的焊料，并且这种焊料具有利用便利、价格低、焊接稳定等上风特点。
但是铅的利用会引发环境污染问题，利用无铅焊料开展电子产品组装事情也越来越盛行。
无铅焊料要完备替代有铅焊料，除了要具备优秀电学力学性能以外，还要兼容目前已有的焊接工艺，这些焊料有SnCu、SnAgCu等，只管这些无铅焊料在电子产品组装中进走运用可以取得较好的效果，但是无铅焊料利用也存在一些可靠性问题，详细表现如下。

1.1.1 铅污染

无铅焊料在电子制造业领域进行广泛遍及，并不是一朝一夕能够完成的，并且焊接工艺从有铅向无铅方向发展，也会有一个过渡期，也正是由于有铅焊料的存在，使无铅工艺运用会产生一定的铅污染，铅元素的加入会使无铅焊料的熔点降落，进而对电子产品焊接质量带来不利的影响[2]。

1.1.2 锡须生长

锡晶须是焊点在锡层表面自发长出的Sn单晶体，会对锡晶须生长产生影响的内外成分紧张有镀层、基底材料、温度、电流等，常日锡晶须的成长速率较为缓慢，然而当它跨两互连焊点的间隔与临近焊点连接起来往后，就随意马虎引发桥接短路问题，进而对器件造成严重的影响，若焊接事情开展对传统有铅焊料进走运用，就可以通过铅元素对锡须生上进行抑制，不过无铅焊料利用以锡晶须问题又开始暴露出来，这也会降落电子产品焊接的可靠性。

1.1.3 电迁移

在电压浸染下，金属中的原子会跟随电流进行移动，从微不雅观上看就像是发生扩散征象，金属原子朝着阳极附近不断地靠近，在阴极附近则会涌现孔洞、裂纹等征象，进而引发电路短路、熔断等问题，对电迁移进行深入的探究，创造其是一个繁芜的事情过程，涉及的电流密度、焊点身分、温度梯度等诸多成分都可能会对其产生影响，而利用的无铅焊料Ag、Sn 也随意马虎随着电流进行迁移运动，随意马虎造成无铅焊点存在潜在的电迁移性，电子产品焊接质量也无法得到担保[3]。

1.2 焊接工艺

在电子产品生产过程中，较常利用的焊接工艺紧张有两种：一种是波峰焊，即将熔化往后的软钎焊料经由电动泵喷流成设计哀求的焊料波峰，预先装有元器件的抑制板通过焊料波峰也能与印制板焊盘之间的机器与电气进行有连接；另一种是回流焊，实际作业紧张是通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的焊膏，使表面组装元器件引脚与印制板焊盘之间的机器和电气进行有效连接。
伴随着科学技能不断发展，元器件集成度也越来越高，并朝着小型化方向发展，这时开展电子产品焊接事情，对回流焊工艺运用也愈发关注，焊接过程温度变革也会对电子产品焊接可靠性产生极大的影响，详细表现为以下几点。

1.2.1 预热升温

常日预热区的温度介于130～180 ℃，这一温度韶光要掌握在60～120 s，在利用无铅焊料工艺进行焊接作业时，预热和升温过程段须要缓慢地进行，以担保碰着元器件较多的多层板、大尺寸板等时可以均匀的受热，若全体过程升温过就会扩大不同元器件与印制板的温差，终极焊接可靠性也无法得到保障。

1.2.2 快速升温

这一区域又被称为助焊剂浸润区，温度须要由180oC上升至217oC，由于电子产品焊接过程所利用无铅焊料对温度哀求较高，因此实际升温涌现较为缓慢的情形，助焊剂就会提前结束活化反应，乃至会使元器件引脚、焊盘焊料等受到高温影响涌现重新氧化的情形，焊接界面可靠性也会明显降落[4]。

1.2.3 回流区

要担保形成良好的焊点，还要对回流区溶解、扩散和冶金连接过程引起关注，在上述中已经提到无铅焊料须要较高的温度，实际作业除了要担保充分焊接以外，还要防止温度过高对元器件造成毁坏。
为此，要对回流区的峰值温度进行合理设置，不过操作中没有根据实际对最高峰值温度进行有效掌握，终极焊点可靠性也不能得到担保。

1.3 检测技能

采取可靠性检测技能对电子产品焊接质量进行检讨，是担保电子产品质量的一项主要环节。
目前对付宏不雅观的焊接毛病，紧张是采取人工目测检讨，实际作业存在的紧张问题是主不雅观性太大，并且只能对焊点的形状、尺寸、表面特色等进行检测，虽然可以通过自动光学检测技能对电子产品焊接过程存在的问题进行自动创造，但是这一技能运用也只能针对外在焊点毛病，无法对微米级水平的毛病进行检测剖析、准确定位毛病和获取工艺参数，极大降落了电子产品焊接可靠性。

2 电子产品焊接过程较常涌现的质量问题

电子产品焊接过程中常见的质量问题详细有以下方面。

2.1 局部焊点冷焊

对付热容量不同的焊点，在不能及时吸收足够热量往后，形成的金属件化合物厚度也存在较大的差异，并随意马虎产生焊点间结合强度不敷问题，无法知足电子产品焊接可靠性哀求。

2.2 桥连

在回流焊中，电子产品进行炉膛内部运动焊接，经由热风和轨道引起的震撼、扰流影响，也随意马虎引发桥连位移隐患。

2.3 焊料浸润不良

当焊锡合金没有受到表面张力和氧化层的影响往后，其就不会具备较好的扩散能力，进行焊接作业焊点可靠性也就无法得到保障[5]。

2.4 焊点空洞

受到助焊剂蒸发不完备影响，导致焊点内部添补空洞问题涌现，对空洞产生的机理进行深入剖析，紧张是Cu暴露在空气中进行氧化会天生砖赤色的Cu2O，经由高温浸染往后又会天生玄色的CuO，终极水蒸气被裹挟在焊估中冷却往后就会形成气泡。

2.5 元件分裂

在回流焊工艺运用下，电子产品焊接涌现原件分裂情形，紧张是由于焊接过程板材与元件之间的热不匹配导致，当焊接温度涌现过高和冷却速率不达标情形时，就随意马虎引发元件应力集中情形。

3 提高电子产品焊接过程可靠性的策略探究

3.1 科学选择焊料

由于焊料的选择会影响电子产品焊接的可靠性，因此要对焊料选择引起高度重视。
现阶段，电子产品生产制造已经广泛利用无铅焊料，并且哀求无铅焊料有优秀电学力学、兼容目前已有焊接工艺、较好的湿润性等性能。
为防止实际利用中涌现铅污染、电迁移等情形，降落电子产品焊接的可靠性，技能职员应节制常用无铅焊料类型及干系性能，如表1 所示。
在结合实际对焊料进行科学合理选择往后，要防止焊接质量问题涌现，还要对焊剂引起高度重视，详细包括助焊剂和阻焊剂两项内容。
前者一样平常可分为无机助焊剂和有机助焊剂，实际运用可以溶解去除金属表面存在的氧化物，并且在焊接加热过程中也能对金属表面进行有效包围，使之与空气隔绝，金属在加热时氧化降落熔融焊锡表面张力问题也能防止发生，在促进焊锡湿润中增强焊接可靠性。
后者则是通过阻焊剂匆匆使焊料只在焊点上进行焊接，对付不须要焊接的印制电路板，就可以将之有效覆盖起来，保护面板在焊接时受到的热冲击更小，发生气泡、桥接、短路等问题的概率也会明显降落。
其余，在对焊剂进行利用时，还要把稳把握焊件面历年夜小和表面状态情形，通过掌握好焊剂用量保障产品焊接的质量[6]。

表1 电子产品焊接常用无铅焊料类型及干系性能

3.2 优化焊接工艺

在上述中已经提到电子产品生产制作，较常采取的焊接工艺紧张有波峰焊和回流焊两种，实际作业由于当代的元器件集成度比较高，并朝着微型化方向发展，因此开展电子产品焊接作业，利用回流焊工艺越来越多，详细焊接过程中也极随意马虎受到温度变革影响，降落焊接的可靠性。
要妥善办理这一问题，除了要加强回流焊过程温度掌握以外，还要坚持与时俱进对焊接工艺进行优化创新，极大保障电子产品焊接质量。

在回流焊工艺运用方面，要透过回流焊的温度曲线图，理解到焊接过程温度变革对工艺运用可靠性的影响，然后从升温预热、快速升温、回流冷却3 个环节入手，对焊接过程温度进行严格掌握，在升温预测环节可以将温度设置在130～180oC 旁边，并担保预热和升温过程段都是缓慢进行的，担保电子产品元器件可以受热均匀，在减少不同元器件与印制板温差往后，焊接可靠性也会得到明显的提高；在快速升温环节要将温度从180oC 升温至217oC，就要对助焊剂进行有效利用，使助焊剂在充分活化往后，对焊接界面氧化层薄膜进行有效去除，实行时加强升温斜率掌握就能提高升温速率，促进助焊剂在高温状态下充分发挥活化反应，避免对焊接界面可靠性产生不利的影响；在回流冷却环节要将最高峰值温度掌握在（2355）oC以内，并对回流区峰值温度、峰值韶光和回流韶光进行合理设置，以担保焊接作业可以形成良好的焊点，待焊接完成往后又要将降温速率掌握在3～5oC/s之间，以防止温差过大造成电子产品元器件破坏[7]。

在焊接工艺优化创新方面，可以选择焊接工艺比较多，如激光焊接、电子束焊接等。
前者是通过激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，并通过掌握激光脉冲的宽度、能量、峰功率等激光参数，使工件熔化形成特定的熔池，具有焊接速率快和深宽频年夜的特点。
后者则是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生热能进行焊接的方法，因具有不用焊条、不易氧化、热变形量小等优点，被广泛运用在航空航天、电气电工等浩瀚行业中。
在对这些新焊接工艺进行选择利用时，还要把稳焊料与这些工艺的契合性，以担保和提升焊接质量。

3.3 加强质量检测

选择得当检测技能对电子产品焊接可靠性进行检讨剖析，可以及时创造焊接过程存在的质量毛病，并为后续改动供应有力的信息支持。
实践中可以结合不同情形对人工目测、自动光学检测等技能进行运用，在人工目测检测技能运用方面，人们常日会通过肉眼不雅观察、赞助显微镜等办法，对尺寸较大元器件的宏不雅观焊点进行检讨，可以不雅观测到的焊点毛病情形有桥接、焊膏未熔化等，不过随着电子产品元器件朝着集约化和微型化方向发展，这种焊点质量检测办法利用效果也会持续降落，须要探寻新的检测技能及时创造和解决焊接存在毛病。
在自动光学检测技能运用方面，就很好地适应了元器件尺寸不断减少、PCB 板上贴片密度增加等哀求，实行时可以采取专用检讨仪器通过光电对焊点进行照射，然后用光学镜头对反射光进行采集运算，经由打算机图像处理系统剖析处理往后，也能得到元器件焊接情形科学判断的结果，针对创造的焊膏故障、器件贴装故障、元器件焊接故障等问题，也能直不雅观、形象地展现出来，以为后续焊接作业持续优化改进供应有力的支撑[8]。
其余，还可以采取超声波检测法自动化、X 射线检测法自动化等，实现对电子产品焊接质量的有效检测。
个中，通过超声波检测法自动化对焊接质量进行考验，就可以通过超声波的反射旗子暗记对元件进行细致探测，特殊是对付IC 芯片封装内部涌现的空洞、分层等毛病情形，均能通过该项检测技能及时创造，在查明毛病发生真正缘故原由往后，就能在后续焊接作业中进行掌握与办理。
通过X射线检测法自动化对焊接质量进行考验，基本上可以检讨电子产品全部的工艺毛病，实行时可以利用X射线的透视特点，对焊点形状进行检讨，乃至还可以与电脑库中的标准形状进行比拟，以科学判断焊点的质量。

4 结语

本文是对电子产品在焊接过程中可靠性问题的剖析，随着电子元器件朝着集约化、微型化等方向发展，对电子产品焊接可靠性也提出更高的哀求，而做好电子产品焊接事情后，也能极大保障电子产品质量。
不过在实际作业中，电子产品焊接还常常会受到焊材利用、焊接工艺、质量检测等成分影响，导致焊接空洞、分层、桥连等问题发生，要提高电子产品焊接过程的可靠性，就要优先考虑无铅焊料利用，并加强回流焊工艺过程温度掌握，对付新涌现的激光焊接、电子束焊接等工艺也要积极采取，同时深化落实好焊接质量检测事情，以切实保障电子产品焊接质量，使电子制造业得到稳步持续发展。