无铅波峰焊不同板厚的通孔填充性研究

摘要

钎料的通孔填充性问题一直是无铅波峰焊工艺在焊接双面板或多层板时一个很大的挑战，特别是遇到大厚板或者存在大吸热元件时填充不良现象尤为严峻。由于填充不良会降低焊点的机械可靠性，还可能减弱焊点的抗热疲劳性能，甚至严重影响产品的电气性能，因此在生产中必须设法控制与改进工艺使焊点达到优良的通孔填充性。而波峰焊工艺过程控制的影响因素众多，使影响通孔填充性的因素错综复杂，这给相应的工艺优化带来很大的困难。
　　本课题针对该问题首先理论分析了通孔填充性的影响参数，着重采用DOE的正交试验法设计试验方案，以系统研究填充性与各因素的关系，并采用热循环试验和有限元分析法研究了通孔焊点的热疲劳可靠性。
　　通过对通孔填充过程的理论分析，全面掌握了波峰焊工艺中影响通孔填充性的因素，其中包括PCB的设计因素，工艺控制因素如助焊剂化学、热学参数温度曲线的设定和涉及冶金学的焊接参数。然后采用了正交试验法设计试验，考察作为响应的填充不良缺陷与作为试验因子的影响因素之间的关系，通过对实验结果的方差分析和回归分析得出影响通孔填充性的显著因子有三个分别是板厚、浸锡时间和浸锡温度；获得了填充不良缺陷数与各影响因子的数学模型，代入因子的已编码水平可以预测制定的工艺与填充缺陷的关系；并得出了填充性的优化工艺组合且通过了试验验证。
　　本文随后对通孔焊点进行了热循环测试，对比了不同形貌的焊点经过热加载后的表面裂纹状态，发现厚板焊点裂纹的形核及扩展远早于薄板焊点，而板厚相同时孔径比大的焊点萌生裂纹的时间要先于孔径比小时。通过金相和SEM分析观察了开裂焊点的微观结构，发现第二相粒子随循环的进行有长大的趋势。最后采用有限元分析软件模拟了焊点的热循环加载，获得了焊点内部的应力应变状况，得出焊点的不同形貌将影响内应力的大小和动态分布情况。

目录

无铅波峰焊不同板厚的通孔填充性研究

THE STUDY OF HOLE FILLING PERFORMANCE OF PCB WITH DIFFERENT THICKNESS BY WAVE SOLDERING

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 无铅波峰焊焊接质量的研究

1.2.1 无铅化波峰焊工艺的特点

1.2.2 无铅波峰焊的焊接缺陷

1.2.3 无铅波峰焊的填充不良现象

1.3 通孔焊点可靠性的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 波峰焊通孔填充性的影响因素分析

2.1 引言

2.2 液态钎料的毛细填充过程

2.2.1 液态钎料在薄壁圆筒中的最大爬升高度

2.2.2 液态钎料爬升的动态过程

2.3 波峰焊工艺中通孔填充性的影响因素

2.3.1 PCB设计参数的影响

2.3.2 波峰焊工艺的影响

2.4 本章小结

第3章 基于DOE方法的通孔填充性研究

3.1 引言

3.2 DOE方法简介及试验设计步骤

3.3 填充性研究的正交试验过程

3.3.1 试验方案的确定

3.3.2 试验的材料和设备

3.3.3 试验的实施和结果统计

3.3.4 试验数据的分析

3.4 通孔填充性优化工艺的验证

3.5 本章小结

第4章 波峰焊点的热疲劳可靠性研究

4.1 引言

4.2 焊点的热循环试验

4.2.1 试验的条件及设备

4.2.2 实验结果分析

4.3 焊点的热循环模拟

4.3.1 模型的建立和边界条件

4.3.2 模拟结果分析

4.3.3 不同形貌通孔焊点的模拟结果分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢