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波峰焊錫渣的形成

波峰焊錫渣的形成

消除錫渣要先了解它是如何產生的: 錫渣產生可分:

(1) 靜態情況。

(2) 動態情況。

靜態錫渣的產生原因,*簡單的理解就是氧化還原理論:

  先了解一下錫的性質: 錫-原子序數50、原子量118.71,能溶於強堿性溶液、比重為7.3、熔點低隻有232℃、沸點2260℃。錫的化學性質很穩定,常溫下不容易被氧氣氧化,隻會在錫表麵形成薄薄一層二氧化錫保護膜,所以經常能保持銀光閃閃,但是隨著溫度的上升,它的氧化反應會慢慢加快,而在氧化過程中,空氣中的氧分子被分解成氧原子,而氧原子奪得錫液中的電子之後,變成氧離子,而氧離子與熔融的金屬離子結合形成金屬氧化物SnO2,在液麵靜止的情況下,它形成一層氧化膜覆蓋在錫的表麵,可防止錫液進一步氧化。1999年中國科學院金屬腐蝕與防護研究所,依據PillingBedworth Ratio(簡稱PBR)的理論,做了合金上氧化物的研究。

  1923年發表的PBR理論是冶金學史上一個**性的研究成果,目的在尋找金屬性氧化保護膜,以替代矽材料的保護膜,理論的核心是氧化物與形成該氧化物消耗的金屬的體積比,是判斷氧化膜完整性的重要依據,但一直都隻有純金屬氧化物方麵的研究和數據發表,直到1999年中國中科院鑒於已發展的關於PBR數據都是隻針對純金屬,而實用的金屬材料多為合金,中科院的專家以PBR理論為依據建立了基於合金氧化行為的一個簡易模型,以便於中國企業開發新型抗氧化合金。

  依據PBR的理論和中科院的研究表明,金屬的氧化膜內存在生長應力,若氧化物對應的PBR值小於1,也就說這類金屬的氧化膜體積較小,不足以覆蓋整個金屬表麵,則氧化膜不具有保護性能,因此金屬氧化膜的密致性是否完整是抗氧化的關鍵。

 而熔融的合金,表麵在爐中被密致的氧化膜所覆蓋,氧化速度變得相對緩慢,不同的合金其氧化膜的結構也不同,膜的生長速度和成長方向也不同,而實驗證明熔融的鉛錫合金Sn/Pb37與無鉛的熔融合金焊料SAC305/SAC0307/SC07,在冷卻後相比可看出Sn/Pb37的表麵明顯細致的多,這也就表明有鉛合金焊料Sn/Pb37的氧化膜密致性,其氧化膜也較完整,其它幾種無鉛合金焊料的氧化膜,因其膜內複雜的生長應力變化,可引起氧化膜的收縮或局部的破裂,使其保護氧化的作用變差這也是造成無鉛合金焊料比有鉛合金焊料更易氧化的重要因素。

動態錫渣的形成
眾所皆知錫渣在靜態下所形成保護膜,具有防止熔融焊液氧化的功能,故一般都著重於如何防止動態情況下熔融焊料的氧化。
茄子视频污污分析一下動態與靜態氧化的差異:
首先要探討波峰焊接設備的特性:
大多數廠商采用雙波峰的設備

 

 **個焊接波叫做振動波(或稱為湍流波),它將熔融的焊料打到置放在移動煉條上的PCBA底部,所有焊盤以及組件焊端的引腳上,其波麵寬度比較窄而熔融焊料流速比較快向上噴起及向下擾動的過程,會大麵積的與空氣中的氧接觸而急速氧化。
 同時在其擾動熔融焊料槽之際,會因劇烈的翻滾而形成漩渦運動和瀑布效應,並因此產生極為強烈的吸氧現象,而使得熔融焊料更快速氧化,而這些形成的氧化渣由於比重輕於熔融焊料,故浮於液麵並且大量堆積。
**波的湍流波用以防止漏焊

 它穿過電路板熔融焊料並分布適當焊料,以較高速通過狹縫滲入間隙從噴孔噴出的熔融焊料其方向與電路板方向相同,但是單就紊流波本身並不適合焊接組件,因為它給焊點上留下不平整和過剩的焊料,因此需要**個波。
**焊料波稱為平滑波(或稱層流波
)


 
 主要是消除由**波湍流波所產生的毛刺和焊橋,平滑波實際上與傳統的通孔插裝組件使用的波是一樣的。兩波之間的情況*為複雜特別是無鉛爐,它們的間距小流量大,液麵下湍流急,而不斷翻滾熔融焊料,因強烈吸氧效應快速地產生氧化渣,同時也容易堵塞噴嘴,且兩波之間多為濕渣,在沒有分流前被湍流壓迫,容易沉在液麵下。
 因為有錫流切向力,所以有翻滾現象發生,SnO和助焊劑殘留物在此情況下,形成了渣的晶核(黑色細顆粒);並不斷被瀉下的焊料包裹,且越滾越大*後浮出液麵,*終淤塞通道造成錫液不能正常流動。

 

動態熔融焊料所形成的氧化物遠比靜態下要複雜得多
 除了有少量表麵氧化膜(約占整體氧化渣的10%左右),但占絕大部份的氧化物,是產生於兩波之間以及機械泵附近,隨著劇烈的機械攪拌作用,熔融焊料形成漩渦運動而不停翻滾,而此時空氣中的氧不斷被吸入焊料槽內部,加上湍流波的起落也同步在熔融焊料槽內,形成相當的漩渦運動及其吸氧現象,由此造成氧化渣的不斷堆積,另外還會挾雜一些PCBA過爐時碎屑掉入高溫錫爐所產生的碳化物,以及助焊劑的殘留物。

 由上述分析,可以清楚表明氧化渣是波峰焊接工藝難以避免的代價,由於其產生機製包含多種因素,包括波峰高度、焊接溫度、焊接環境、波峰的擾度、合金的種類或純度、使用助焊劑的類型、焊料的質量、加工PCBA的數量....等等,要消除錫渣相當不容易。

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