摘要

　　本文著重介紹印刷電路板可焊性測(cè)試結(jié)果。采用潤(rùn)濕平衡法進(jìn)行可焊性測(cè)試。此測(cè)試法使?jié)櫇窳ψ鳛闀r(shí)間函數(shù)測(cè)量并自動(dòng)記錄測(cè)量值。表面粗糙度是參數(shù)之一，可影響表面潤(rùn)濕。本文將使用不同粗糙程度的印刷電路板測(cè)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(cè)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(cè)試儀上夾持樣品有關(guān)。

　　簡(jiǎn)介

　　電子設(shè)備生產(chǎn)中，焊接是最重要的過(guò)程之一。焊接目的是產(chǎn)生堅(jiān)固，導(dǎo)電，永久可靠的焊點(diǎn)?？捎靡恍y(cè)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(rùn)濕性，清洗過(guò)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(rùn)濕性與可焊性有關(guān)。潤(rùn)濕性可解釋為表面能力，它決定熔融焊料如何潤(rùn)濕表面。為了達(dá)到良好潤(rùn)濕性，必須先清除表面污物。表面粗糙度也會(huì)影響潤(rùn)濕性。使用不同粗糙度的印刷版進(jìn)行可焊性測(cè)試。熔融焊料潤(rùn)濕表面過(guò)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(rùn)濕分為幾個(gè)等級(jí)。表面潤(rùn)濕關(guān)鍵參數(shù)是熔融焊料液滴和潤(rùn)濕表面間接觸（潤(rùn)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(rùn)濕和涂料過(guò)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(shuō)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，第一個(gè)參數(shù)是算術(shù)平均偏差Ra， 指在一個(gè)取 樣長(zhǎng)度L內(nèi)，縱坐標(biāo)yi絕對(duì)值的平均值，見(jiàn)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(jiàn)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(zhǎng)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(cè)試

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

　　潤(rùn)濕平衡測(cè)試

　　這種方法是把測(cè)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(rùn)濕力和提升力作為時(shí)間函數(shù)測(cè)量。測(cè)試結(jié)果及潤(rùn)濕力曲線如圖2所示。

　　圖2：焊料潤(rùn)濕角面和潤(rùn)濕曲線間的關(guān)系

　　測(cè)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(cè)試。測(cè)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）。第一組樣品中，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(cè)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(cè)試樣品。

　　表1：樣品表面粗糙度

　　測(cè)量結(jié)果

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

　　通過(guò)顯微鏡Olympus LEXT 3000得到的測(cè)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(cè)試樣品的潤(rùn)濕力如圖6所示。最終值為測(cè)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(rùn)濕力

　　F2 / t2 / 3是第二個(gè)參數(shù)，用來(lái)更好地比較和評(píng)估測(cè)量值。當(dāng)潤(rùn)濕力達(dá)到最大潤(rùn)濕力的2/3時(shí)，F(xiàn)2就是最大潤(rùn)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(rùn)濕力評(píng)估

　　結(jié)論

　　從測(cè)量值可看出，與垂直方向劃痕相比，水平方向劃痕降低了潤(rùn)濕力。粗糙程度越大，水平和垂直方向的樣品測(cè)量值間差異越大。圖6表示測(cè)試樣品潤(rùn)濕力曲線。圖7通過(guò)參數(shù)F2/t2/3對(duì)比了所有尺寸和劃痕方向的樣品。與其它樣品潤(rùn)濕力相比，純銅樣品潤(rùn)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(rùn)濕力達(dá)到最大值，因此F2/t2/3參數(shù)值也要最大，因?yàn)闈?rùn)濕力與時(shí)間有關(guān)。圖7所示，測(cè)試樣品粗糙度越大，F(xiàn)2/t2/3參數(shù)值也越大。

關(guān)注【精益諾自動(dòng)化】微信號(hào)sz-cien工業(yè)自動(dòng)化及電子制造：科技創(chuàng)新，技術(shù)分享，工藝研討，學(xué)術(shù)交流，行業(yè)動(dòng)態(tài)，先進(jìn)思想，了解更多精彩資訊！

免責(zé)聲明：本公眾號(hào)所載文章為本公眾號(hào)原創(chuàng)或根據(jù)網(wǎng)絡(luò)搜集編輯整理，文章版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問(wèn)題，請(qǐng)跟我們聯(lián)系！文章內(nèi)容為作者個(gè)人觀點(diǎn),并不代表本公眾號(hào)贊同或支持其觀點(diǎn)。本公眾號(hào)擁有對(duì)此聲明的最終解釋權(quán)。