技術(shù)文章--印刷電路板可焊性測試結(jié)果

來源：上海銳馳創(chuàng)通電子科技有限公司 2013年08月30日 16:16

摘要

本文著重介紹印刷電路板可焊性測試結(jié)果,。采用潤濕平衡法進(jìn)行可焊性測試。此測試法使?jié)櫇窳ψ鳛闀r(shí)間函數(shù)測量并自動(dòng)記錄測量值,。表面粗糙度是參數(shù)之一,，可影響表面潤濕。本文將使用不同粗糙程度的印刷電路板測試,，然后比較純銅（Cu）表面的印刷電路板樣品,。進(jìn)行可焊性測試前，使用不同的砂紙摩擦樣品,。摩擦劃痕方向分為垂直和水平,。這些方向與可焊性測試儀上夾持樣品有關(guān)。

簡介

電子設(shè)備生產(chǎn)中,，焊接是zui重要的過程之一,。焊接目的是產(chǎn)生堅(jiān)固，導(dǎo)電,，*可靠的焊點(diǎn),。可用一些測試評(píng)估焊接工藝中材料適配性,。用于焊接的材料必須具有相配的可焊性,。

可焊性不僅是能把焊料涂在表面。它是一種復(fù)雜的屬性,，反應(yīng)材料與工業(yè)焊接適配度,。例如，這些屬性包括良好潤濕性,，清洗過程中機(jī)械和化學(xué)應(yīng)變性好,，或印刷電路板（PCB）熱的應(yīng)變性好。可焊性不是一成不變的參數(shù),。隨著時(shí)間推移,，它會(huì)根據(jù)環(huán)境影響而改變，從而影響材料表面,。由于表面腐蝕,，可焊性會(huì)惡化。材料可接觸空氣存放,，但會(huì)被氧化,，或可在充滿惰性氣體的包裝內(nèi)存放。

前面已提到，潤濕性與可焊性有關(guān),。潤濕性可解釋為表面能力,，它決定熔融焊料如何潤濕表面。為了達(dá)到良好潤濕性,，必須先清除表面污物,。表面粗糙度也會(huì)影響潤濕性。使用不同粗糙度的印刷版進(jìn)行可焊性測試,。熔融焊料潤濕表面過程中,，連接元件和熔融焊料間的表面原子會(huì)出現(xiàn)生活動(dòng)。此外,，連接表面和熔融焊料間會(huì)產(chǎn)生界面耦合,。表面潤濕分為幾個(gè)等級(jí)。表面潤濕關(guān)鍵參數(shù)是熔融焊料液滴和潤濕表面間接觸（潤濕）角,。接觸角用θ表示,，如圖1所示。

圖1：接觸角θ

表面粗糙度

實(shí)際表面與理想表面粗糙度不同,。表面粗糙度是幾何粗糙,，間距較小。這些粗糙現(xiàn)象會(huì)在生產(chǎn)中出現(xiàn)的,。表面粗糙度是影響焊接的因素之一,。它主要影響熔融焊料潤濕和涂料過程。表面粗糙度降低有效接觸角θ+,，它與理想光滑表面接觸角θ有關(guān),。公式如下（1）[2]：

其中，r表示實(shí)際表面和理想表面粗糙度比例,。從公式（1）看出, 接觸角θ+小于θ,。說明與理想光滑表面相比, 焊料在粗糙表面蔓延性更好。另外粗

糙表面會(huì)使?jié)櫇癖砻嫔系暮噶险澈闲愿鼜?qiáng)[2],，[3],。

表面粗糙度由兩個(gè)基本參數(shù)定義，*個(gè)參數(shù)是算術(shù)平均偏差Ra,，指在一個(gè)取樣長度L內(nèi),，縱坐標(biāo)yi值的平均值，見公式（2）,。第2個(gè)參數(shù)是二次方平均值Rq,，有時(shí)表示為RRMS（均方根）。它表示所有縱坐標(biāo)粗糙度的二次方均值,，見公式（3）,。橫坐標(biāo)減去偏差值。橫坐標(biāo)把實(shí)際曲線分為兩部分其中兩部分總面積之和等于長度L覆蓋的整個(gè)區(qū)域[2]，[3],。

表面形貌可由顯微鏡建立,。SPM（掃描探針顯微鏡）能掃描顯微鏡，增強(qiáng)表面三維掃描,。SPM有兩種基本類型,，原子力顯微鏡（AFM）和掃描隧道顯微鏡（STM）[3]。

可焊性測試

可焊性測試可能會(huì)涉及如下測試：浸潤觀察測試,，錫球測試,，潤濕平衡測試。為了判斷表面粗糙度對可焊性和可焊性測試的影響,，我們使用潤濕平衡測試。

潤濕平衡測試

這種方法是把測試樣品浸入到熔融焊料槽中并觀察作用在樣品上的垂直力,。潤濕力和提升力作為時(shí)間函數(shù)測量,。測試結(jié)果及潤濕力曲線如圖2所示。

圖2：焊料潤濕角面和潤濕曲線間的關(guān)系

測試樣品

為了判定可焊性,，使用大小25mm×15mm,，厚1.5mm的PCB樣品進(jìn)行測試。測試樣品采用純銅拋光的印刷電路板,。為了判定表面粗糙度影響,，樣品

表面粗糙度也不同。采用砂紙摩擦單個(gè)樣品,。根據(jù)粗糙度不同,，砂紙分為五個(gè)等級(jí)（120 - 400）。*組樣品中,，砂紙劃痕為水平方向,，第二組樣品中，砂紙劃痕為垂直方向,。為了判定表面粗糙度影響,，在測試中不再增加額外劃痕。標(biāo)記劃痕方向和表面粗糙程度的樣品如表1所示,。

圖3：測試樣品,。

表1：樣品表面粗糙度

測量結(jié)果

可焊性測量值如下表所示。粗糙度測量值見表2,。不帶粗糙劃痕的樣品標(biāo)記為Cu,。測量值的比較和評(píng)估見“總結(jié)”。

通過顯微鏡Olympus LEXT 3000得到的測試樣品表面圖片可用于直觀演示,。選出的表面如圖4圖5所示,。測試樣品的潤濕力如圖6所示。zui終值為測量值的平均值。

圖4：Cu_120表面3D曲線圖5 ：Cu_400表面3D曲線

圖6：樣品潤濕力

F2 / t2 / 3是第二個(gè)參數(shù),，用來更好地比較和評(píng)估測量值,。當(dāng)潤濕力達(dá)到zui大潤濕力的2/3時(shí)，F(xiàn)2就是zui大潤濕力,，t2 / 3是時(shí)間,。 F2 / t2/3 評(píng)估如

圖7所示。

圖7：根據(jù)銅表面參數(shù)F2 / t2 / 3潤濕力評(píng)估

結(jié)論

從測量值可看出,，與垂直方向劃痕相比,，水平方向劃痕降低了潤濕力。粗糙程度越大,，水平和垂直方向的樣品測量值間差異越大,。圖6表示測試樣品潤濕力曲線。圖7通過參數(shù)F2/t2/3對比了所有尺寸和劃痕方向的樣品,。與其它樣品潤濕力相比,，純銅樣品潤濕力較小，可能由于氧化物薄膜成,。氧化物薄膜被樣品砂紙取代,。我們希望潤濕力達(dá)到zui大值，因此F2/t2/3參數(shù)值也要zui大,，因?yàn)闈櫇窳εc時(shí)間有關(guān),。圖7所示，測試樣品粗糙度越大,，F(xiàn)2/t2/3參數(shù)值也越大,。

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