PCB Блог - Причины проблем с холодной сваркой при обратной сварке PCB

Что такое холодная сварка? Холодная сварка PCB происходит, когда при сварке не достигается минимальной температуры увлажнения, необходимой между электронным элементом и PCB. Даже при наличии локальной увлажнения, если металлургическая реакция неполная, это может привести к возникновению холодной сварки. Характерной особенностью холодной сварки является более темный внешний вид поверхности точки сварки, более грубый, не может быть полностью расплавлен с сварным материалом.

Холодная сварка PCB происходит во время сварки, и когда между электронным элементом и PCB не достигается требуемая минимальная температура увлажнения, точка сварки образует плохое соединение. Даже при наличии определенного количества местной увлажнения, если полная металлургическая реакция не может быть достигнута, это может привести к появлению холодной сварки. Холодная сварка характеризуется более темным и грубым внешним видом точки сварки и не может быть полностью расплавлена с припоем.

Причины холодной сварки:

1. Недостаточный нагрев

Одной из основных причин холодной сварки является то, что во время сварки между электронными элементами и ПХБ не достигается минимальная температура увлажнения. Если температура сварки в потоке слишком низкая, сварочный материал не может быть полностью расплавлен, что приводит к тому, что точка сварки не может образовывать прочные металлические соединения.

2. Короткое время сварки

Недостаточное время сварки также является важным фактором, способствующим холодной сварке. Если время сварки в потоке недостаточно, сварочный материал не может полностью течь и рассеивать тепло в нужное время, формирование точки сварки будет недостаточно прочным. В этом случае поверхность точки сварки может показаться тусклой и грубой, что влияет на производительность схемы.

3. Загрязнение поверхностей

Загрязнения на поверхности сварки, такие как масло, пыль и т. Д. Влияют на смачивающие свойства сварного материала, так что соединения не могут образовывать хорошее металлическое соединение. Даже при правильной температуре и времени загрязнение все равно может привести к холодной сварке.

4. Неправильный контроль температуры

В процессе обратной сварки кривая температуры печи устанавливается неправильно, что приводит к быстрому повышению или снижению температуры, также может вызвать холодную сварку. Неравномерное натяжение пасты при нагревании может привести к непоследовательности точки сварки. Благодаря точному контролю температуры можно эффективно уменьшить холодную сварку.

5. Проблема лужения

Холодная сварка также может произойти из - за отсутствия свойств олова в самой точке сварки. Неспособность сварочного материала сформировать хорошее соединение на интерфейсе может привести к ослаблению точки сварки, что приведет к холодной сварке. Поэтому выбор подходящего припоя и обеспечение хорошего состояния сварной поверхности являются важными мерами по предотвращению холодной сварки.

При сварке FR4 - PCB в электронной промышленности золото является одним из наиболее часто используемых металлов с поверхностным покрытием из - за его превосходной стабильности и надежности. Однако, будучи примесью в сварном материале, золото очень вредно для растяжимости припоя, поскольку в нем образуются хрупкие межметаллические соединения Sn - Au (Sn - Au) (в основном AuSn4). В то время как низкая концентрация AuSn4 может улучшить механические свойства многих южнокорейских оловянных припоев, прочность на растяжение и удлинение при разрыве быстро снижаются, когда содержание золота в припое превышает 4%. Чистое золото и легированный слой толщиной 1,5um на сварном диске могут полностью растворяться в расплавленном сварном материале во время волновой сварки, образуя AuSn4 недостаточно, чтобы повредить механические свойства пластины. Однако для процесса сборки поверхности приемлемая толщина золотого покрытия очень низкая и требует точного расчета. Glazer et al. сообщили, что надежность сварных точек между металлическим покрытием Cu - Ni - Au на пластиковом четырехугольном плоском корпусе (PQFP) и FR - 4 PCB не будет нарушена, когда концентрация золота не превышает 3,0 Вт / о.

Чрезмерное количество IMC ставит под угрозу механическую прочность сварной точки из - за ее хрупкости и влияет на формирование колокола в точке. Например, точка сварки, образованная на золотом слое 1.63um сварочного диска Cu - Ni - Au, может быть сварена обратным потоком после печати пасты Sn63Pb37 с содержанием металла 7 миль (175um) 91% на сварном диске. Металлические соединения Sn - Au превращаются в частицы и широко рассеиваются в точках сварки.

При обработке пластин ПХБ, помимо выбора подходящего сварного сплава и контроля толщины слоя золота, изменение состава металла с золотой базой также может уменьшить образование межметаллических соединений. Например, если сварить сварочный материал Sn60Pb40 к Au85Ni15, хрупкость золота не возникает.

В процессе обратной сварки плат обычно используется метод проверки холодной сварки:

Визуальный осмотр: Специальные критерии проверки предназначены для наблюдения за внешним видом точки сварки и проверки наличия таких явлений, как гранулированная точка или неровная поверхность, которая является общей особенностью холодной сварки.

Автоматическое оптическое обнаружение (AOI): высокоточное изображение сварных точек с помощью автоматизированных устройств позволяет быстро и точно идентифицировать потенциальные точки холодной сварки и обеспечивает количественную поддержку данных.

Рентгеновское обнаружение: для сложных схем, особенно для упаковки BGA, использование рентгеновских лучей для обнаружения внутренней структуры точки сварки является очень эффективным способом обнаружения скрытых проблем с холодной сваркой.

Эффективные способы предотвращения холодной сварки PCB:

Обеспечить надлежащую температуру сварки

В процессе обратной сварки PCB правильная температура сварки является важным фактором предотвращения холодной сварки. В соответствии с размером и толщиной пластины PCBA, а также тепловым коэффициентом элемента должна быть установлена разумная кривая температуры обратной сварки, чтобы гарантировать, что сварочный материал может быть полностью расплавлен и увлажнен сварочным диском. Точность температурного контроля напрямую влияет на качество сварки, поэтому при проектировании следует уделять этому особое внимание.

2. Контроль времени сварки

Не менее важно управление временем сварки, слишком короткое время сварки может привести к тому, что сварочный материал не может полностью течь и прилипать, образуя холодную сварку. Следует убедиться, что временные параметры процесса сварки отвечают требованиям плавления и увлажнения сварного материала, как правило, путем корректировки эксплуатационных параметров сварочного оборудования обратного потока. Точный контроль времени помогает обеспечить целостность точки сварки.

3. Выбор и использование материалов

Использование высокоактивных паст и соответствующих флюсов также помогает предотвратить холодную сварку. Низкое качество флюса часто приводит к плохой смачиваемости, поэтому важно выбрать высококачественную пасту и строго контролировать условия ее использования и хранения. Кроме того, соответствующее количество флюса будет способствовать потоку припоя, усиливая адгезию припоя.

4. Очистка сварных поверхностей

Перед сваркой важно обеспечить чистоту сварной поверхности. Любое масло, пыль или оксид могут препятствовать хорошему контакту между сварным материалом и сварочным диском, что может легко привести к холодной сварке. Поэтому перед сваркой следует очистить ПХБ и штыри элементов, чтобы обеспечить хорошие условия сварки.

5. Поддержание стабильного положения деталей

Во время сварки компоненты должны находиться в стабильном положении, чтобы избежать дрожания или подъема. В процессе обратной сварки подъем и падение элемента и перемещение положения приводят к снижению однородности точки сварки, что приводит к холодной сварке. Это может быть достигнуто путем обеспечения жесткости PCB и соответствующего сварочного оборудования.

Холодная сварка PCB является ключевой проблемой, влияющей на производительность схемы, главным образом из - за недостаточного нагрева, короткого времени сварки и поверхностного загрязнения и других факторов, которые могут быть эффективно предотвращены путем обеспечения надлежащей температуры сварки, контроля времени, выбора материала и чистоты поверхности сварки. Сосредоточение внимания на этих мерах предосторожности значительно улучшит качество сварных точек, что повысит общую надежность и производительность монтажных плат.