锡焊检测方法与无铅化进程

锡焊检测方法与无铅化进程

锡焊检测方法

锡焊检查的意义

锡焊的最终工序是进行检查。由于锡焊部分存在缺陷，所以检查是完全必要的。通过严格的检查仅要发现所有的缺陷，而且要针对发生缺陷的原因采取相应的预防措施。

焊接的检查大致有两种：一是焊前检查，即检查母材表面、焊料、助焊剂等是否满足适当的焊接条件；二是焊后检查，即检查焊接是否确实可靠，有无焊接的缺陷。

可焊性的检查方法

迄今为止，可焊性有种种评价方法，如图8-1所示，大致可分为定量表示的基础评值法和实用的应用评值法。无论哪一种评值法，都是要测定焊料的润湿性。其测定量有：扩展面积、润湿接触角、润湿状态(日视)、润湿时间、附着张力等。因此，每种评值法所得出的值都有不同的意义。根据某一种评值法的结果，并不能判断可焊性的一

切，所以应采用适合于测定目的的评值法。

在一定条件下，对焊接的各元器件进行可焊性测定不仅具有焊前检查的意义，而且对焊接下序管理也有用处。这种有意义的检查，希望在焊接前进行。

扩展试验

它是测定焊料在母材平板上的扩展性，是测定熔融焊料润湿性最普通的方法。用扩展试验对可焊性的评值法有扩展面积、扩展率(焊球高度和扩展高度之比)、接触角等。

1．扩展面积法，扩展面积法是把一定量的焊料在规定的母材板上扩展以测定扩展面积。扩展面积越大表示可焊性越好。评值法有两种：一定体积(或重量)的焊料的扩展面积的对比。

本法的优点是不用特殊试验装置就能简便地定量评定可焊性的数值，也可应用于助焊剂的性能试验。

2．扩展率法(ASTM-B-545)。扩展率法是用一定量的焊料在母材板上扩展，如图8-2所示。扩展率是特扩散焊料作为一个球的直径和焊料扩展中心高度之比，可用下式求得：

扩展率(％)=(D-H)／D×100

式中，H为扩展后焊料中心高度(mm)；D为试验用“焊球”的直径(mm)。

用扩展面积法评值，可焊性可以和一定量的焊料对比表示出来。用扩展率评值，有能定量表示的优点。但是也有缺点，焊料扩展不均匀时，测定H就很困难。

ASTM规定的测定温度为250±5℃。

3．接触角法。焊料润湿接触角测定法可采取扩展试验后的试片，沿扩展面积中心作垂直切断后研磨，然后用放大投影仪或显微镜来进行直接测定，如图8-3所示，将焊料扩展看作不完整的球形而间接求得其接触角θ。

接触角(θ)=2tan-lh/X

式中,h为扩展焊料的高度；x为扩展焊料的半径。

θ越小，则焊料的扩展性越大，即可焊性越好。美国RCA公司提出用目视接触角测定法来评定元器件引线可焊性的方法，如图8-4所示。把共晶焊锡丝(Φ

0．25mm)在引线上绕一圈，除去多余的线，然后将焊锡线圈浸入聚乙烯二醇恒温液中熔化，用目视法测定熔化在引线上的焊料接触角。

表面张力测定试验

表面张力法是利用母材与焊料之间所作用的表面张力来测定可焊性的方法。

润湿称量法是能定量地直接记录焊料润湿过程的唯一方法，不仅可作可焊性试验，并且可以应用于分析润湿现象。

1．原理。金属试验片垂直浸入熔化焊料，焊料润湿试验片则附着张力沿直线方向产生作用。由于附着力是接触角的函数，表示润湿的尺度，因此如能定量测定这个附着张力，便能定量求得焊料的润湿性，用新月图法定量测定附着张力，可间接求得接触角的时间变化。焊接过程则可用定量来表示。其测量方法如图8-5所示。将试验片(板、线材)的一端浸入熔化的焊料中，根据焊料的润湿情况来正确测定试验片(板、线材)上作用的附着张力随时间的变化，以评定可焊性，如图8-6所示。试验片(棒状)上所作用的润湿力，由于附着张力向下拉，浮力向上推，故润湿力为上述二力之差，于是得出以下列关系式：

F=r if cosθ·2πr-πr2ρgh

式中，F为试验片上的作用(润湿力)；r if为焊料的表面张力(焊料—助焊剂的表面张力)；θ为接触角;r为试验片的半径；ρ为焊料的密度；g是重力加速度；h为浸入深度。

当h→0，则F=r if cosθ·2πr：K·cosθ(K：常数)

由于F只是θ的函数，因此只要测定F即可间接求得表示润湿度的接触角9的变化。

试验片从浸入熔融焊料后到取出的一段时间内，随时间变化的F值和接触角的关系如图8-7所示。

2．装置新月图法的装置由3部分组成：一种是把焊料槽固定，让试验片和应力检测器成为一体而上下移动；另一种是固定试验片，让焊料槽作上下移动。

润湿力检测装置是新月图法最重要的装置。能否精密测出微小应力的变化，取决于该装置的精密度。润湿检测法如图8-8 所示，用弹簧(板、线圈)或用电子天平来检测润湿力。前者是利用弹簧的杨氏模量和用微小变位计读得变位而求得应力。后者在天平秤的一端悬挂试验片，由于加力于试验片产生微小的变位，将它检波放大送至天平秤另一端的一个机构中，作为传动线圈的动力而起负反馈作用。因对试验片作用的润湿力和电流成正比例，故记录线圈电流的时间变化，便得知润湿的过程。图8-9为电子天平秤试验装置方框图。

3．求值法润湿称量的可焊性求值法，是将表示润湿力和时间两者关系的新月图曲线进行分析得到可焊性数值。

根据分析方法的不同，各自的意义也不同。因此，对可焊性的数值也带来了不同意义，润湿称重典型的润湿曲线如图8-10所示，它的过程可以分为3个阶段。

第1阶段(t0-t3)，从浸入到开始润湿的一段时间(浮力对试验片产生作用》第2阶段(t3-t2)，进行润湿时间触角逐渐减小，润湿力增大)；第3阶段(＞t2)润湿力达到最大值。这些阶段各有其意义，解释方法不同，焊性数值也不同。

润湿称量法的分析方法大致有两种情况：一是测定曲线特定点的代表值；二是对曲线的全过程月求值。求图形曲线的代表值，即在图形曲线上规定采用有一定的润湿力数值和润湿力为0的时间作为标准值,然后对试验片的可焊性进行研究。如图8-10所示，它在假定t1和PW值的情况下测定时间t2以及W值，采用MIL规格。按MIL-STD-883D 规格将PW规定为300dyne／cm，t1为0．59秒，t2在1秒钟以下。这种求值在实际生产技术中已经使用，并广泛应用于元器件可焊性的前期检查。

求图形曲线的梯度数值，其方法是从焊料润湿开始一直到润湿力最大值为止的全过程，即重视从t3到t2的润湿力的变化。因此，在润湿时间内，润湿力度增加的比例越大，则润湿性越好。

从图8-11可见，从浮力最大点到润湿力最大值F(o的变化是以指数函数形式增长的，故可写成：

Ft=Fw(1-e-t/τ)

式中Ft为以最大浮力为起点，时间t的润湿力变化；Fw为润湿力最大变化值;τ是时间常数.

当t=τ时,F t=τ≈0.632Fw

由上式可求得润湿变化的时间常数τ。简言之，求得润湿力达到最大变化值Fw2／3的时间τ。这个时间越短，可焊性越好。

4．应用举例：润湿称量法作为一种定量评定可焊性的方法，可作为元器件的可焊性检查、助焊剂性能检查等。

①元器件引线的可焊性检查。对焊点进行适当的质量管理必须在元器件焊接质量均匀的条件下才可进行，特别对于自动焊接，必须使各个元器件的可焊性满足一定的标准作为先决条件。因此，必须定量测定元器件的可焊性作为焊接前的检查，并采用新月图法求其数值。由于元器件引线的可焊性受到表

面状态和保管环境的极大影响，所以对批量元器件还要进行定期检查。图8-12表示不同表面状态的同一批元器件在同样的焊接条件下进行试验所得的新月图曲线，可以看出可焊性有明显差异。