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電路板焊接缺陷的三大原因
發表時間:2021-04-22

金屬焊接方法有40種以上,主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態,不加壓力完成焊接的方法。熔焊時,熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,形成熔池。熔池隨熱源向前移動,冷卻后形成連續焊縫而將兩工件連接成為一體。

在熔焊過程中,如果大氣與高溫的熔池直接接觸,大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池,還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷,惡化焊縫的質量和性能。

為了提高焊接質量,人們研究出了各種保護方法。例如,氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣,以保護焊接時的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時,在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧,就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進入熔池,冷卻后獲得優質焊縫。

壓焊是在加壓條件下,使兩工件在固態下實現原子間結合,又稱固態焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊,當電流通過兩工件的連接端時,該處因電阻很大而溫度上升,當加熱至塑性狀態時,在軸向壓力作用下連接成為一體。

各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程,因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損,和有害元素侵入焊縫的問題,從而簡化了焊接過程,也改善了焊接安全衛生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短,因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料,往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優質接頭。

釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料,將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度,利用液態釬料潤濕工件,填充接口間隙并與工件實現原子間的相互擴散,從而實現焊接的方法。

焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用,而發生組織和性能變化,這一區域被稱為熱影響區。焊接時因工件材料、焊接材料、焊接電流等不同,焊后在焊縫和熱影響區可能產生過熱、脆化、淬硬或軟化現象,也使焊件性能下降,惡化焊接性。這就需要調整焊接條件,焊前對焊件接口處預熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質量。

電路板焊接缺陷的三大原因

板孔的可焊性對焊接質量的影響

可焊性就是金屬表面被熔融焊料潤濕,即焊料所在的金屬表面形成一層連續的,相對均勻的,光滑的附著薄膜。電路板孔可焊性不好,會造成虛焊缺陷,影響電路中元件的參數。不穩定的多層板元器件和內層線導通,嚴重時會致使整個電路的功能失效。

電路板焊接缺陷的三大原因

電路板

電路板可焊性受到以下幾個因素的影響:

(1)焊接材料的組成成分和被焊接的材料的性質。 作為焊接化學處理過程的重要組成部分,焊接材料包含有助焊劑的化學材料,一般為低熔點共熔金屬為Sn-Pb或Sn-Pb-Ag,其中雜質含量不能超過一定比例,防止雜質產生氧化物而被助焊劑溶解。焊劑一般采用白松香和異丙醇溶劑,通過熱量傳遞,將電路板表面的銹蝕去除,幫助焊料更好地潤濕被焊電路板的表面。

(2)電路板的可焊性還受到焊接的溫度和金屬板表面清潔程度的影響。溫度太高會加快焊料擴散速度,提高焊料的活性,導致電路板和焊料熔融表面迅速氧化,形成焊接缺陷;受污染的電路板表面也會影響電路板可焊性從而產生錫珠、錫球、開路、光澤度不好等缺陷。

翹曲導致焊接缺陷

電路板焊接缺陷的三大原因

翹曲電路板的形狀

電路板和元器件在焊接過程中由于應力變形翹曲,產生虛焊、短路等缺陷。電路板的上下部分溫度不平衡是造成電路板翹曲的主要原因。對于大的電路板來說,自身重量下墜也會產生翹曲。普通的PBGA器件與電路板之間的距離約為0.5mm,如果電路板上器件較大,電路板在降溫后逐漸恢復正常形狀,而應力作用將長時間作用于焊點,這時如果器件抬高0.1mm,完全有可能會導致虛焊開路。

焊接質量受電路板設計影響

電路板焊接缺陷的三大原因

電路板焊接過程

雖然焊接在布局尺寸大的電路板上較容易控制,但是板的尺寸過大會導致印刷線條長,阻抗也隨之增大,抗噪聲的能力下降,板的成本增加;板的尺寸過小時,散熱能力下降,焊接的過程也不容易控制,還會發生相鄰的線條相互干擾的情況。所以,必須優化印制電路板的設計:

(1)盡量將高頻元件之間的連線縮短、減少電磁干擾。

(2)超過20g的大重量元件,應該采用支架進行固定,然后再進行焊接工作。

(3)發熱的元件應該考慮散熱的問題,防止元件表面溫度較高產生缺陷,熱敏元件應該盡量遠離發熱源。

(4)為使電路板美觀且容易焊接,盡可能將元件進行平行排列,這樣也有利于進行大批量生產。電路板設計的最佳比例應該為4∶3的矩形。導線寬度應該盡量均衡,防止布線不連續。應該避免使用大面積銅箔,防止其在電路板長時間受熱時發生膨脹和脫落的現象。

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