哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
图2-6 不同却速的典型有铅温度曲线
图2-7 不同却速的典型无铅温度曲线 表2-6 不同冷却速率无铅曲线的各项参数
无铅曲线参数 A型 B型 C型 D型 ＞180℃ 平均时间 124.5S 125.0S 125.6S 126.2S 平均 峰值温度 243.5℃ 244.0℃ 244.1℃ 245.2℃ 平均 冷却斜率 -6.50℃/S -4.15℃/S -2.10℃/S -1.15℃/S ＞220℃ 平均时间 34.12S 35.95S 42.20S 51.74S
对于无铅焊膏，220℃以上加热时间是十分重要的参数。本文所选A型和B型焊膏熔点都在该温度附近，故取220℃以上加热时间近似作为焊膏液相线上时间TAL(Time Above Liquid )。从表2-6可知：冷却速率对TAL时
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间存在影响。A型和B型曲线相差最少，在2S左右；而A型和D型相差最大达到17.6S。由于在TAL范围内，扩散和反应进行相当剧烈，故从理论而言，控制冷却速率可以一定程度的控制反应进行程度。
下面进行理论估算TAL值。实验用两款型号的回流炉加热模块的长度和数目都一致，每个模块长度为360mm。又带速是74cm/min＝12.33mm/s,所以在PCB组件在每个模块中的加热时间是360/12.33≈29.20S。第八温区为焊接峰值区，PCB组件从该区出来进入冷却区。焊点温度从245℃降到220℃，温度减少25℃。则这一范围内不同冷速下焊点的加热时间为：
A型 25℃÷6.50℃/S≈3.85S TAL=29.20S+3.85S=33.05S B型 25℃÷4.15℃/S≈6.05S TAL=29.20S+6.05S=35.25S
C型 25℃÷2.10℃/S≈11.90S TAL=29.20S+11.90S=41.10S D型 25℃÷1.15℃/S≈21.75S TAL=29.20S+21.75S=50.95S
理论计算值和测试仪所得数据差值在2S之内，数据相似程度在回流焊工艺可以接受。各典型曲线下焊接元件数目如表2-7。
表2-7 无铅不同冷速下焊接元件数目
元件类型 PCB板数目 R2012 单板元件数目 R1608 R1005 QFP A型曲线 8 40 40 50 1 B型曲线 8 40 40 50 1 C型曲线 8 40 40 50 1 D型曲线 8 40 40 50 1
2.4 焊接试验结果
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图2-8 焊膏A的片式电阻焊点
（a）焊膏A （b）焊膏A
图2-9 焊膏B的QFP焊点
2.5 本章小结
1. 完成回流炉温度曲线调试。根据各型焊膏参考工艺曲线，设置八个加热区温度以及最佳网带运动速度。通过炉温测试数据表明：各个温区的温度设置较好的控制了加热峰值温度、220℃以上加热时间等重要参数。 2. 在两型具有不同冷却模块的回流炉上获得了不同冷却速率，其中最大最小冷速分别为-6.50℃/S和-1.15℃/S。通过测温仪所得数据，不同冷速导致的TAL最大差值达到17.6S。
3. 焊接完成三种焊膏（两种无铅和一种锡铅共晶）、四种典型冷速下共40块PCB板。其中无铅焊膏每种冷速下焊接4快板，锡铅每种冷速焊2快板。每块板包括片式元件130片，128引脚QFP一块。
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4. 各冷速下的焊点都没有发现外观缺陷。没有片式元件最容易出现的竖碑、元件偏移等缺陷。无铅焊膏的助焊剂残留较多，覆盖于焊点表面，呈淡黄色。无铅焊点也没有锡铅共晶焊点光亮。
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第3章 冷速对无铅焊点微观组织的影响
3.1 引言
根据结晶学的经典理论，冷速影响液态钎料凝固时内部微观组织的形成。且由于相应的不同液相线时间差异而致使反应程度不同，使得钎料和焊盘界面形成化合物形态尺寸也有差异。本章研究冷速对钎料微观组织的影响。
3.2 无铅焊点微观组织
本文所选取元件主要是片式电阻和QFP。由图3-1为R2012和QFP的焊点截面。各型焊膏在设定回流曲线下都获得了润湿良好的焊点。钎料在Cu焊盘上充分铺展，爬升高度足够，完全包覆电阻元件的焊端，如图3-1（b）。在焊点内部没有气孔、裂纹等微观缺陷。证明设置参数较符合焊膏的加热要求。
（a）×50 R2012 （b）×200 R2012 表3-1 片式电阻R1608焊点截面金相照片
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