电子装联中焊点润湿角对于焊接质量的影响分析

李翔宇、胡伟

中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽省合肥市，230000

摘要：实现电子设备的小型化、轻量化、高可靠性是当前电子技术的发展方向，其中焊接操作是电子装配工艺中的一个重要的工序。电子装联中，焊点质量是整个产品焊接质量的最重要的因素，而焊点润湿角、焊接温度、焊接时间又是影响焊点质量的关键因素，其中焊点的润湿状况、润湿角的大小是焊点质量检验的一个重要判据，一个润湿良好且润湿角合理的焊点是保证焊点质量的前提，也是产品焊接质量可靠性的基础。电子元器件是组成印制板产品组件的基本单元，元器件的焊接是将元器件可靠的固定在印制板上实现组件功能的基本方法，焊点是将元器件焊接过程中的一个最小操作点，焊点的焊接质量是关乎产品的设计功能能否实现及质量稳定性，因此保证焊点的质量可靠性。

关键词：电子装联；焊接；缺陷  

一、慨述

1、焊接基本原理。电子组件通过熔化焊料合金和在金属表面焊接金属合金层之间焊接，从而实现两种在金属之间的电气和机械连接的焊接技术。焊点的形成取决于焊料和基体的润湿性，以及基体金属与熔融焊料润湿过程的物理界面。润湿机理对电子组装焊接接头的形成起着重要作用。揭示了焊接头的原子结构和结合强度。焊接过程中将焊料在焊接部位进行加热，助焊剂一方面保证金属表面具有足够的活化能，另一方面作为金属表面上的清洁剂去除污染物。助焊剂被融化渗透，扩散，溶解在金属表面，焊料与金属结合层之间发生冶金连接，以焊接金属表面，焊料在冷却后固化，从而形成焊点。焊点的抗拉强度与金属结合层厚度有关。

2、润湿角。当焊接温度超过260度时，焊接时间超过5s，但焊接强度没有提高，迅速下降。证明焊接强度并不是随温度和时间的增加而增加。尺寸、冷却温度和焊接时间取决于焊点和元件的焊接速度，不同的产品中不同的材料和焊料，焊接温度和焊接时间是不同的，为了保证焊接质量，缩短焊接时间而焊接温度应尽量减少。例如印制电路板的手工焊接温度为250±5度，焊接时间从2秒到3秒，超出范围就会引起质量问题。

3、焊接温度与时间。焊接温度和焊接时间是影响焊接质量的决定性因素之一，经过实践证明：焊接的强度并不是随着温度和时间的增加而增加，当焊接温度超过260 ℃，焊接时间超过 5 s 后，焊接强度不但不增加，反而急剧减小。具体产品的焊接温度和焊接时间取决于焊点和元器件的大小、散热的快慢以及烙铁头的回温速度，另外，不同材质的焊料其最佳的焊接温度和焊接时间也有所不同，在确保焊接质量的情况下，应尽可能降低焊接温度，缩短焊接时间。通常来说，印制电路板的手工焊接温度选择为 250 ℃±5 ℃，焊接时间选择为 2～3 s 为较佳选择。

二、电子装联的焊接缺陷

1、焊锡球。助焊剂选择不合理，在高温状态下并不能很好地流动，凝结在某一点，导致焊锡在这一点处也不断的凝固，产生了焊锡球。产生焊锡球与现场控制不合理有很大的关系，虽然经过后续的检验能够得到控制，但影响也是十分严重的。在后续的焊接处理中，焊锡球很容易掉落，将线路的接点裸露在外。

2、焊桥。为提升生产效率，SMT是以涂刮的形式来进行焊接材料布置的，但由于模板放置位置存在误差，焊接材料所布置位置也因此出现错误，最终影响到使用安全性。电子元器件之间的间隔距离如果比较小，在拷制过程中因震动会产生电子元器件位置移动，焊锡材料在这一过程中也会互相粘连，造成焊接桥出现。焊桥缺陷发生后，电气设备是无法使用的，线路中已经存在严重的错误。焊桥缺陷的发生原因中人为控制因素引发的比例较大，集成电路自动焊接是按照设计来进行，在对焊接部位进行确定时，如果焊接的位置确定错误，会引发严重的电路错误连接问题，对现场的安全使用影响也十分严重。整体电路可能不会受到影响，但发生此类问题后局部区域内的线路会短路，不经过处理直接接入到电路中会造成用电元器件烧毁现象发生，板块的控制功能也不能得到发挥。

3、立碑。该种焊接缺陷最容易出现在小体积的焊接物块中，对于焊接点的控制难度比较大，在高温环境下焊锡的流动是不均匀的，相连导线之间的绝缘性能受到焊锡的影响，形成立碑。这样的缺陷发生区域是比较小的，也很难通过控制来解决，如果后期检验没发现这一问题，必然会引发严重的短路故障，将运行中的用电设备烧毁。立碑现象出现也与助焊材料存在一定的关联性，前期预热的时间过长且没有达到热量标准，焊锡在这样的环境下，不能完全融化，最先融化的部分会向周边流动，与周边的导线相联通。

4、虚焊。当焊锡没有真正进入到被焊金属的缝隙中，只是在材料的表面，观察表面已经焊接牢固，但内部并没有在焊锡材料作用下形成导通形式，这样的情况下并不能真正达到焊接质量标准，且会影响到使用安全。虚焊控制板块投入到使用中后，会出现电路断链现象，控制功能也很难实现，缺陷检验也是针对这些部分来进行的，避免虚焊问题出现，才能够更稳定地进行电流传输。

5、拉尖。它是指焊点上有焊锡尖产生，产生拉尖的原因：由于焊接时间过长，助焊剂挥发过多，致使焊锡黏性增加，从而产生拉尖；如果电烙铁撤离的方向不当，也容易产生拉尖。拉尖焊点的危害性是：当印制电路板上的焊点分布密度较高时，有拉尖的焊点很容易与相邻的焊点发生桥接，造成短路。另外，如果带有拉尖的焊点工作在高电压状态时，就会与其他相邻的焊点产生放电现象，也会使相关电路工作不正常。避免产生拉尖的方法是：严格控制焊接的最佳时间。

三、电子装联的焊接可靠性对焊点的质量要求

1、最佳润湿角问题。良好的焊点，既要保证焊点润湿良好，又要求焊点达到一定的强度，那么就需要选择合适的焊接润湿角；通过查阅相关标准要求并理论分析及实际验证，最佳润湿角为30º＜θ≤55º，此范围内，液态钎料和焊盘及元器件引脚基体材料之间有较好的亲合力，焊点润湿良好，且焊接强度优良。

2、 焊点的质量保证条件。（1）遵守正确的焊接操作程序，尤其注意烙铁、焊锡的收放次序、角度及位置；（2）保持焊接面清洁无多余物；（3）合适的焊接时间及焊锡使用量；（4）正确的焊接操作习惯，尤其是焊点冷却前切勿移动被焊器件，以免造成冷焊；（5）良好的焊接润湿情况及润湿角大小的自检、专检能力。

3、焊点的检验要求。（1）电气连接良好，不允许出现桥接、冷焊等焊接缺陷；（2）焊点外观应以元器件引脚为中心，均匀、成裙形散开；（3）焊料的连接面呈半弓凹面，焊料与被焊件交界面平滑，接触角尽可能小；（4）焊点表面清洁、圆润、表面光泽且润湿角在最佳润湿角范围内，且无裂痕、针孔等。

电子装联技术是一门多学科的综合性技术，它涉及到工艺、材料、操作者的技术素质等诸多方面。焊接的最佳润湿角既可以保证焊接润湿良好，又能保证焊接的强度，是保证焊接质量的一个关键因素。在实际应用过程中，目视判断焊点润湿角的好坏是很直观且实用的方法，对不良润湿的判断，要多结合实践中量化指标和润湿角定义共同对照起来掌握，只有这样才能对好的焊点、不良焊点、不合格焊点做出判定，也才能焊接出优良的焊点，进而保证产品的焊接质量。

参考文献：

[1]李晓麟，王家绪.焊接工装技术焊接质量工艺研究[J].电子产品世界,2019.12.

[2]蔡康松.提高焊接工装技术及焊接质量的研究[J].电子技术与软件工程 ,2019(07).

[3] 涂洪麒，胡安祥 , 刁国生. 电子装联焊接工装技术及回流焊工艺研究[J]. 电子世界 ,2019(08).

[4] 李彬 , 鄢胜虎 .焊接工装工艺封装设备技术改进研究 [J]. 数字技术与应用 ,2018(02).