前  言

    長(zhǎng)期以來(lái)，潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)焊料潤(rùn)濕性能的1種有效的實(shí)驗(yàn)室的方法，3種材料需要進(jìn)行潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)，即基材、助焊劑和焊料。基材可以是印制板表面的金屬區(qū)域，可以是電子元件的引線或端子。潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)用于評(píng)估金屬表面的可焊性。試驗(yàn)程序在IPC?J?002和IPC?J?003中詳述。潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)也被用于評(píng)價(jià)助焊劑潤(rùn)濕效果的篩選工具。

    近年來(lái)，潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)被用于評(píng)價(jià)各種合金焊料的潤(rùn)濕性，特別是無(wú)鉛合金焊料的潤(rùn)濕性。潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)方法是全面研究無(wú)鉛焊料再流焊和波峰焊的一部分，潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)的目的是評(píng)價(jià)材料的適應(yīng)性、可焊性及焊接質(zhì)量。研究的內(nèi)容包括合金、助焊劑、焊膏的主要配比、插件板的外觀、表面安裝、通孔元件（through?holecomponents）及專門設(shè)計(jì)的試驗(yàn)板。本文選擇潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)儀測(cè)定在波峰焊金相研究中所用各種無(wú)鉛合金焊料適應(yīng)的溫度。

潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)方法

    1 合金焊料

    評(píng)價(jià)以下5種無(wú)鉛合金焊料，包括錫－銀和銀－銅的2元合金焊料、錫－銀－銅3元合金焊料、錫－銀－銅－鉍和錫－銀－銅－銻的4元合金焊料，也包括共熔錫－鉛焊料。所評(píng)定的特種合金及其熔化溫度范圍見表1。

表1    合金焊料和熔化溫度范圍

    2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

    基材的潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)用25.4mm×12.7mm×0.13mm的銅附連測(cè)試板。附連測(cè)試板應(yīng)符合ISO1634CU?ETP中的HA條件。附連測(cè)試板應(yīng)按下列步驟進(jìn)行預(yù)清洗：

    在沸騰的異丙醇中去油；

    用銅的表面處理劑去氧化；

    用去離子水清洗；

    最后用異丙醇清洗。

    潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)應(yīng)在新清潔過(guò)的，并經(jīng)100℃氧化1小時(shí)的附連測(cè)試板上進(jìn)行。

    3 潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)

    用潤(rùn)濕試驗(yàn)儀進(jìn)行焊料的潤(rùn)濕試驗(yàn)，試驗(yàn)儀的焊料槽應(yīng)順次分別填充所測(cè)試的每一種合金。將附連測(cè)試板浸入低固化點(diǎn)非清洗（no?clean）助焊劑中，深度達(dá)2.54mm，然后將附連測(cè)試板在焊料槽上方2.54mm處預(yù)熱5min，接著將附連測(cè)試板浸入焊料2.54mm處5s，浸入和移出速度為25.4mm/s。無(wú)論氧化的銅附連測(cè)試板還是未氧化的銅附連測(cè)試板都使用助焊劑，在焊料溫度范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，每種焊料合金，焊料溫度和附連測(cè)試板的表面狀況用15塊附連測(cè)試板。

試驗(yàn)結(jié)果

    每個(gè)潤(rùn)濕試驗(yàn)記錄2個(gè)測(cè)量結(jié)果，即潤(rùn)濕時(shí)間和潤(rùn)濕力。從該研究中獲得的潤(rùn)濕平衡測(cè)試結(jié)果示于圖1至圖4，圖中每個(gè)點(diǎn)代表15塊附連測(cè)試板測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值。

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圖1 使用助焊劑時(shí)每種合金焊料與未氧化銅的潤(rùn)濕時(shí)間

圖2 使用助焊劑時(shí)每種合金焊料與未氧化銅的潤(rùn)濕力

圖3 使用助焊劑時(shí)每種合金焊料與氧化銅的潤(rùn)濕時(shí)間

圖4 使用助焊劑時(shí)每種合金焊料與氧化銅的潤(rùn)濕力

    圖中： 1表示錫63/鉛37合金

           2表示錫95.5/銀4/銅0.5合金

           3表示錫99.3/銅0.7合金

           4表示錫96.5/銀3.5合金

           5表示錫96/銀2.5/鉍1/銅0.5合金

           6表示錫96.2/銀2.5/銻0.5/銅0.8合金

    圖1和圖2表示使用未氧化的銅時(shí)，每種測(cè)試合金和助焊劑的潤(rùn)濕時(shí)間和潤(rùn)濕力的結(jié)果。圖3和圖4表示使用氧化的銅時(shí)，每種測(cè)試合金和助焊劑的潤(rùn)濕時(shí)間和潤(rùn)濕力的結(jié)果。

    試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）當(dāng)使用低固化點(diǎn)、非清洗（no?clear）松香型助焊劑時(shí)，271℃出現(xiàn)近視無(wú)鉛合金焊料的溫度。使用未氧化的銅和低固化點(diǎn)助焊劑時(shí)，隨著無(wú)鉛合金溫度達(dá)到271℃，潤(rùn)濕時(shí)間縮短，然后潤(rùn)濕達(dá)到平衡或隨著溫度的升高潤(rùn)濕力稍有增加。同樣，達(dá)到271℃時(shí)，潤(rùn)濕力增加，然后達(dá)到平衡或隨溫度上升潤(rùn)濕力略有減小。（2）錫－銀2元合金和錫－銀－銅三元合金的潤(rùn)濕時(shí)間比4元合金和錫鉛合金更快，潤(rùn)濕能力更強(qiáng)；（3）錫－銅合金達(dá)到完全潤(rùn)濕要求的最低溫度為260℃；（4）4元合金達(dá)到完全潤(rùn)濕要求的最低溫度為249℃；（5）錫－銀和錫－銀－銅合金達(dá)到完全潤(rùn)濕的最低試驗(yàn)溫度為232℃；⑥錫－鉛合金達(dá)到完全潤(rùn)濕的最低試驗(yàn)溫度與錫－銀和錫－銀－銅合金同樣。用氧化的銅和低固化點(diǎn)的助焊劑時(shí)，不同合金的結(jié)果很接近。用氧化的銅基材，焊料溫度為271℃通?？傻玫奖仍谳^低溫度更好的效果。然而，有些合金在最高試驗(yàn)溫度277℃具有較好邊緣效果。使用未氧化的銅時(shí)，錫－銀2元合金和錫－銀－銅3元合金的潤(rùn)濕時(shí)間要比使用氧化的銅潤(rùn)濕時(shí)間稍快、潤(rùn)濕力稍強(qiáng)，該趨勢(shì)正好與四元合金和錫－鉛合金相反，即用氧化的銅比用未氧化的銅得到的潤(rùn)濕效果更好。

結(jié)  論

    潤(rùn)濕平衡試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)使用低固化點(diǎn)非清洗松香型助焊劑評(píng)定無(wú)鉛合金焊料溫度時(shí)，271℃接近無(wú)鉛合金焊料的溫度，錫－銀合金、錫－銅合金和錫－銀－銅合金一般潤(rùn)濕時(shí)間短，潤(rùn)濕力強(qiáng)；每種無(wú)鉛合金焊料的適應(yīng)性及焊料溫度必須在雙面金屬化孔板和表面安裝電子元器件印制板的實(shí)際波峰焊工藝中進(jìn)行驗(yàn)證。