影响PCB用微型钻头感应钎焊因素分析

Welding Technology Vol．41No．2Feb.2012·专题综述·收稿日期：2011－07－11

文章编号：1002－025X (2012)02-0001-03

影响PCB 用微型钻头感应钎焊因素分析

黄冬林，罗春峰

（深圳市金洲精工科技股份有限公司，广东深圳518116）

摘要：采用感应钎焊的方法对微型钻头进行连接，具有效率高，操作简单，并且能节省大量昂贵的硬质合金。本文针对微型钻头感应钎焊常见问题，从目前的现状及工艺因素等方面进行了分析，并结合生产实际提出一些解决思路和方案。关键词：微型钻头；钎焊；工艺中图分类号：TG454

文献标志码：A

0概述

应用于PCB 板钻孔的微型钻头，一般选用超细

晶粒硬质合金材料来制作。超细晶粒硬质合金具有高的强度和硬度，能保证好的孔位精度及较低的孔壁粗糙度。随着竞争越来越激烈，为降低成本，许多厂家将目光放在了焊接式微型钻头上。所谓焊接式微型钻头主要是指将钻头分为柄部和刃部两部分。柄部一般采用成本较低的钢材（不锈钢，高速钢等），刃部仍然使用硬质合金，通过钎焊的方式将两者连接起来。由于钢材和硬质合金之间物理性能的差异，如线膨胀系数、热传导率等的不同，两者之间的钎焊在工艺上存在较多问题。本文将对钎焊主要工艺因素进行分析，并对钎焊过程中出现的问题提出一些解决建议。

1钎焊因素分析PCB 板钻孔用硬质合金钻头的钎焊工艺比较复

杂，涉及到钎料、钎剂的选择，以及装配间隙、钎焊温度、钎焊时间（加热速度）、冷却速度、加热位置、焊膏注入量等的确定。本文将结合生产实际对各工艺参数进行阐述。

1．1钎料和钎剂

钎料和钎剂的选择对钎焊质量及成本的影响很

大，这是钎焊前需要重点考虑的。用于钎焊硬质合金的钎料的种类很多，主要包括Cu 基钎料，纯铜钎料以及Ag 基钎料。每种钎料有其自身特点及应用范

围，可根据其特点去选择合适的钎料［1-2］。一般来

说，钎焊细小硬质合金件，如本公司生产的用于

PCB 板钻孔的微型钻头，钎焊面积小，为保证足够

的钎缝强度，必须选用润湿效果最好的Ag 基钎料。与Cu 基钎料和纯铜钎料相比，Ag 基钎料钎焊温度低，对硬质合金的损伤最小。现在市场上能见到的钎料几何形状有很多，主要有丝状、膏状、环状、粉状等，应根据产品生产特点去选择钎料的形状。

钎剂的作用主要是：第一，用于去除被焊材料表面的氧化夹杂物，降低钎料与被焊面的界面张力，使钎料能够顺利流动润湿被焊材料；第二，以液态薄膜的形式覆盖在工件金属和钎料的表面上，隔离空气起保护作用──保护钎料及焊件不被氧化。为此，钎剂的选择应与钎料及被焊材料相匹配，钎剂熔化的温度及活性温度应比钎料熔化的温度低。若两者熔化温度

相接近，则钎剂还没有达到最佳活性时，钎料已经熔化，导致润湿效果不好。若两者熔化温度相差太远，则钎剂活性已经过去，也会导致钎料润湿效果变差［3-4］。基于以上理论和硬质合金及不锈钢表面氧化物特性，硬质合金钎焊时选用的钎剂一般是硼砂、硼酸并加入一些氟化物，能较好地去除氧化物，改善钎料润湿效果。

1．2接头设计及装配间隙

对于微型钻头的钎焊，接头的设计及装配间隙的

控制对钎焊的强度有重要影响。图1所示为微钻焊接

3种常用的接头，其中图1a 为普通对接接头，图1b

为插入式接头，图1c 为大小平面对接接头。3种接头之间的优劣见表1。

1

焊接技术第41卷第2期2012年2月

PCB 钻孔用微型钻头的钎焊，与大型机械钻头

如矿山挖掘机的钻头不一样，其钎焊面积小，使用的钎料也少，因此在设计接头装配间隙时，要求比较精细。另外，对同轴度的要求也高，如果装配间隙不合理，同轴度也难以保证。根据钎焊实践经验，装配间隙取0.02~0.1mm 时，接头强度较高，钎焊后的钎缝大小适中，不影响外观。如果装配间隙太小，则容易出现“挤死”现象，导致钎料无法顺利填充整个钎缝。装配间隙太大，不仅浪费钎料，而且削弱钎料的毛细作用，导致钎缝强度降低，同轴度也变差。文献［5］指出，钎焊接头的间隙应根据被焊材料、加热方式的不同而设计，以确保加热到钎焊温度时能保证合适的接头间隙。此外，间隙大也会导致较宽的钎缝裸露在外面，对微型钻头外观也有一定影响。

1．3钎焊温度及保温时间

钎焊温度是决定钎焊质量的最重要参数之一。主

要是因为钎料的润湿性在很大程度上是由温度决定的。温度太低，钎料流动性差，填缝能力差，容易夹渣，焊不透，从而钎缝强度降低；温度太高，则容易使钎料及钎缝氧化，尤其是低熔点的合金元素汽化，导致钎缝不致密，钎缝强度大大降低，并且温度太高，对硬质合金也有一定的影响。只有适中的温度才能既保证钎料充分熔化润湿硬质合金，并使钎料与母材能进行充分地相互作用，形成牢固的钎缝。通常情况下，钎焊温度是根据钎料的熔化温度确定的，一般

定为比钎料的液相线高20～50℃。

保温时间对钎焊质量也有很大影响。适当的保温时间有利于接头组织的均匀化，从而提高钎缝强度。但在实际生产过程中，基于生产效率的考虑，保温时间一般都很短。

2钎焊过程问题及解决方案

在实际生产过程中，为提高生产效率，钎焊PCB

板钻孔用微型钻头一般采用快速加热冷却的方式进行的，从而不可避免地出现一些问题，下面以高频感应加热钎焊为例，接头采用图1b 所示方式来分析钎焊过程中出现的问题，并提出一些解决方案。

2．1钎缝夹渣

如图2所示，将高频感应钎焊加热时间为2s 的

钎缝剖开后发现多处有夹渣物，这些夹渣物由助钎剂和熔渣构成，比较疏松，在打磨和金相抛光时逐渐流失，最后在钎缝中形成小孔。显然造成这一问题出现的主要原因由于采用快速加热、快速冷却的方式进行钎焊。此外，接头又采用半封闭形式，从而导致部分助钎剂以及熔渣无法顺利排出，残留在钎缝中而形成夹渣。因此，为避免夹渣而降低钎缝的强度，应适当延长加热时间以及短时保温，使助钎剂和氧化物有足够的时间排出。另外，采用图1c 所示的接头以及清洁被焊端面，也有利于减少钎缝夹渣。

2．2钎缝疏松

此处所指的钎缝疏松，包括气孔等原因造成的不

致密以及钎料熔化不完全导致的钎缝疏松。如图3a 所示，钎缝剖开后，经打磨抛光，大面积钎料流失而形成空洞，钎缝强度很低。主要原因是钎焊加热时间短，并且采用高频感应加热的方式，其本身具有加热不均匀的特点，从而导致钎料熔化不充分，局部地方甚至残留膏状的钎料，在经打磨和抛光时，钎料大面

表1

3种接头的优缺点

接头形式

优点

缺点

a 采

用开放式接头，易于排渣，钎焊面

积大，钎焊强度高

浪费硬质合金

b 钎焊面积大，钎焊强度较高，装配方便，易保证同轴度采用半封闭式的接头，容易导致夹渣，并且钎焊应力较大c

可以节省较贵的硬质合金，并且采用开放式接头，便于排渣以及减少钎焊应力钎焊面积太小，钎焊强度难以保证

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