CN109014478A - 一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法，焊点制备装置由底座和盖板组成，其中，将待焊接的两根铜棒放在V型槽中，上部加盖板，盖板与铜棒之间通过固定螺栓施加一定压力，确保铜棒端头对中；选择焊料或其它无铅焊料制成的焊球或焊片，将选择的焊料放在两根铜棒空隙间，调整铜棒位置并安装上盖板，拧紧盖板固定螺栓。由于V型槽边缘有刻度线，根据刻度线调整好两根铜棒位置，在盖板和固定螺栓的固定作用下，能保证在回流焊的过程中铜棒不会移位，能精确控制焊层的厚度；将安装好铜棒和焊料的制备装置放置于无铅回流焊机中，调整回流温度曲线。空冷至室温后取出试棒。制备方法操作方便、节省焊料、成本较低。

Description

一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，具体地说，涉及一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法，用于制备实验测试用Cu(Ni-P)/Solder/(Ni-P)Cu线状结构的无铅焊点。

背景技术

随着电子封装材料的无铅化，无铅焊料成为替代传统含铅焊料的主要材料之一。现行表面贴装或是倒装焊接技术普遍采用红外热风回流焊来实现电子元器件和基板之间的电信号和机械连接。因此，如果能在红外热风回流焊机中制备实验测试用无铅焊点，就能满足无铅焊点力-电性能测试需求又能大幅降低测试成本。

通常的焊点试件制备方法主要有:

1.三明治结构焊点简易制备平台和制备方法(CN101231221B)：通过一个装有上下两个同轴套筒的竖向平台来实现焊点的对中焊接，上下两个滑配的同轴套筒用来对中固定上下端的铜棒，将焊料置于两铜棒中间空隙处，将竖向平台置于可控温回火炉中进行焊接。该方法的优点是可以获得与实际焊接条件相同的测试焊点，但竖向装置无法克服由于焊料融化流动状态导致焊点上下面有差异的问题。

2.其它的实验室条件下的焊点制备方法，如文献“Electromigration inducedductile-to-brittle transition in lead-free solder joints.Ren,F.,(2006).Applied Physics Letters,89(14),1679-2.”中采用的制备方法：在石英玻璃上加工出V型槽，将两根铜棒端面涂上助焊剂相隔一定距离放置在V型槽中，然后将焊球放置在两铜棒中间，将石英玻璃装置放入回流焊设备中焊接。该方法的缺点是；(1)线状棒材在加工时不可避免会有一点弯曲，当棒材不是标准平直状态就无法保证试件的对中焊接；(2)无法精确控制焊接后焊层的厚度。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法，配合无铅回流焊机可以制备出实验研究用线状结构焊点，能精确控制焊层的厚度，满足焊点结构性能要求；且操作方便、节省焊料、成本较低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种线状结构无铅焊点制备装置，包括底座和盖板，其特征在于:所述底座为矩形体，上部表面中间轴向开有V型槽，用于放置焊接铜棒，底座上V型槽边缘有尺寸刻度线；底座上部表面依V型槽对称加工有L型槽，L型槽位于底座内部，L型槽上端面有开口，底座上两个L型槽端口的外侧有螺孔，多个螺孔两两相对且与L型槽相通；

所述盖板为几字形结构，两块盖板分别与底座的L型槽配合，盖板通过固定螺栓与底座上的螺孔配合调节盖板的高度，盖板可沿底座上的L型槽轴向滑动。

一种采用线状结构无铅焊点制备装置的制备方法，其特征在于包括以下步骤:

a)制备焊接铜棒；焊接铜棒为圆柱形，靠近焊料一端打磨平整，两根铜棒相对的一端涂抹助焊剂，将铜棒放置在底座上V型槽内，两根铜棒中间留有空隙，铜棒外圆与V型槽外切，焊接铜棒与装置中的盖板外切；

b)选择焊料；焊料为Sn-3.0Ag-0.5Cu或其它无铅焊料制成的焊球或焊片,将选择的焊料放置在两根铜棒空隙中间，调整铜棒位置并安装上盖板，拧紧盖板固定螺栓；

c)将安装好铜棒和焊料的制备装置放置在无铅回流焊机中，调整回流温度曲线；

d)选择焊接温度；按照无铅回流焊机内置温度曲线，对Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料的焊点试件，其峰值温度为250±5℃，整个回流曲线时间为5min，其中峰值温度持续时间为1min，空冷至室温，然后取出铜棒。

有益效果

本发明提出的一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法；线状结构无铅焊点制备装置由底座和盖板组成，其中，将待焊接的两根铜棒放置于V型槽中，上部加盖板，盖板与铜棒之间通过固定螺栓施加一定压力，确保铜棒端头的严格对中；选择焊料或其它无铅焊料制成的焊球或焊片并将选择的焊料放置于两根铜棒空隙中间，调整铜棒位置并安装上盖板，拧紧盖板固定螺栓。由于V型槽边缘有刻度线，根据刻度线调整好两根铜棒位置，在盖板和固定螺栓的固定作用下，能保证在回流焊的过程中铜棒不会移位，能精确控制焊层的厚度；将安装好铜棒和焊料的制备装置放置于无铅回流焊机中，调整回流温度曲线。空冷至室温，然后取出铜棒。线状结构制备装置结构简单、操作方便，制备方法节省焊料，成本较低。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法作进一步详细说明。

图1为本发明线状结构无铅焊点制备装置结构立体图。

图2为本发明线状结构无铅焊点制备装置垂直于V形槽的剖面图。

图3为Cu/Solder/Cu线状结构焊点的扫描电镜照片图。

图4为不同焊料高度Cu/Solder/Cu线状结构焊点的拉伸强度与焊料厚度关系示意图。

图中

1.底座 2.盖板 3.L型槽 4.V型槽 5.铜棒 6.固定螺栓 7.螺孔 8.焊料 9.刻度线

具体实施方式

本实施例是一种线状结构无铅焊点制备装置及其制备方法。

参阅图1～图4，本实施例线状结构无铅焊点制备装置，由底座1和盖板2组成；其中，底座1为矩形体，上部表面中间轴向开有V型槽4，V型槽4用于放置焊接铜棒5，底座1上V型槽4边缘有刻度线。底座1上部表面依V型槽4对称加工有L型槽4，底座1上部表面依V型槽两边有对称的螺孔7，多个螺孔7两两相对且与L型槽3相通，两边螺孔7沿底座1上面轴向均布，且与V型槽4中心线平行；L型槽3位于底座1内部，L型槽在底座1上部表面沿底座1上部表面轴向有开口。

盖板2为几字形结构，两块盖板2分别与底座的L型槽3配合，盖板2通过固定螺栓6与底座上的螺孔7配合调节盖板2的高度，盖板2可沿底座上的L型槽3轴向滑动。

一种采用线状结构无铅焊点制备装置的制备方法，其特征在于包括以下步骤:

a)制备焊接铜棒；

焊接铜棒为圆柱形，靠近焊料一端打磨平整，两根铜棒相对的一端涂抹助焊剂，将铜棒放置在底座上V型槽内，两根铜棒中间留有空隙，铜棒外圆与V型槽外切，焊接铜棒与装置中的盖板外切；

b)选择焊料；

焊料为Sn-3.0Ag-0.5Cu或其他无铅焊料制成的焊球或焊片将选择的焊料放置于两根铜棒空隙中间，调整铜棒位置并安装上盖板，拧紧盖板固定螺栓；

c)操作焊接；

将安装好铜棒和焊料的制备装置放置于无铅回流焊机中，调整回流温度曲线；

d)选择焊接温度；

按照无铅回流焊机内置温度曲线，对Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料的焊点试件，其峰值温度为250±5℃，整个回流曲线时间为5min，其中峰值温度持续时间为1min，空冷至室温，然后取出铜棒。

本实施例用于制备Cu/Solder/Cu线状结构焊点方法如下:

首先将盖板2沿L形槽3滑出，将待焊接的两根铜棒5一端打磨平整并涂上助焊剂，再将两根铜棒放入V形槽4内，涂有助焊剂一端靠近中间放置，两根铜棒之间预留一定空隙，选择焊料或其它无铅焊料制成的焊球或焊片将选择的焊料放置于两根铜棒空隙中间，将盖板2沿L形槽滑入安装并压于铜棒上，调节两根铜棒之间的距离，铜棒放置于V形槽4内应确保两根铜棒同轴对中；调整铜棒位置并安装上盖板，拧紧盖板固定螺栓。

由于V型槽边缘有刻度线，根据刻度线调整好两根铜棒位置，在盖板和固定螺栓的固定作用下，能保证在回流焊的过程中铜棒不会移位，能精确控制焊层的厚度；将安装好铜棒和焊料的制备装置放置于无铅回流焊机中，调整回流温度曲线。

焊层高度的控制方法:

取规格为Sn3.0Ag0.5Cu焊料薄片剪切成3mmx3mm大小备用；

使用规格为φ2mm纯铜棒材≥99％，切割成5cm长，铜棒端部用800目、1200目、2000目水砂纸依次打磨平整，并用无水酒精清洗铜棒，对于制备1mm焊层高度的焊点，取两根铜棒，将铜棒一端部涂抹助焊剂后，放置于V型槽内，根据V形槽两边的刻度线尺寸调整两根铜棒间距为1mm,将盖板沿L形槽两边滑入，拧紧固定螺栓固定盖板，取若干片3mmx3mm焊料薄片置于两根铜棒之间，使两根铜棒一端紧靠焊片，将安装好的装置放置于回流焊机内进行焊接。

Claims (2)

1.一种线状结构无铅焊点制备装置，包括底座和盖板，其特征在于:所述底座为矩形体，上部表面中间轴向开有V型槽，用于放置焊接铜棒，底座上V型槽边缘有尺寸刻度线；底座上部表面依V型槽对称加工有L型槽，L型槽位于底座内部，L型槽上端面有开口，底座上两个L型槽端口的外侧有螺孔，多个螺孔两两相对且与L型槽相通；

所述盖板为几字形结构，两块盖板分别与底座的L型槽配合，盖板通过固定螺栓与底座上的螺孔配合调节盖板的高度，盖板可沿底座上的L型槽轴向滑动。

2.一种采用线状结构无铅焊点制备装置的制备方法，其特征在于包括以下步骤:

a)制备焊接铜棒；焊接铜棒为圆柱形，靠近焊料一端打磨平整，两根铜棒相对的一端涂抹助焊剂，将铜棒放置在底座上V型槽内，两根铜棒中间留有空隙，铜棒外圆与V型槽外切，焊接铜棒与装置中的盖板外切；

b)选择焊料；焊料为Sn-3.0Ag-0.5Cu或其它无铅焊料制成的焊球或焊片,将选择的焊料放置在两根铜棒空隙中间，调整铜棒位置并安装上盖板，拧紧盖板固定螺栓；

c)将安装好铜棒和焊料的制备装置放置在无铅回流焊机中，调整回流温度曲线；

d)选择焊接温度；按照无铅回流焊机内置温度曲线，对Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料的焊点试件，其峰值温度为250±5℃，整个回流曲线时间为5min，其中峰值温度持续时间为1min，空冷至室温，然后取出铜棒。