CN111896391B - 基于差值法的回流焊过程中焊料弹性模量测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于差值法的回流焊过程中焊料弹性模量测量方法，用于解决现有技术存在的测量焊料弹性模量时无法考虑在回流焊过程中铜箔与焊料的接触处会发生反应生成界面金属层的问题。本发明的实现步骤为：1、设置测量装置；2、测量每个温区铜箔的应力值和应变值；3、测量每个温区铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值；4、利用弹性模量公式，分别计算每个温区铜箔的弹性模量和每个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量；5、利用差值法计算每个温区的焊料弹性模量；6、将每个温区的焊料弹性模量拟合成一条曲线。本发明具有使在回流焊过程中焊料弹性模量的测量更准确的优点。

Description

基于差值法的回流焊过程中焊料弹性模量测量方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，更进一步涉及实验测量技术领域中的一种基于差值法的回流焊过程中焊料弹性模量测量方法。本发明可用于测量回流焊过程中铜箔和铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值，利用弹性模量公式计算铜箔和铜箔与焊料发生反应的弹性模量。
背景技术
随着各种新型电子产品的不断出现和人们生活水平的不断提高，人们对电子产品的品质也提出了新的需求，电子产品不断地向小型化、轻薄化和高密度的方向发展。相应地，对表面贴装技术也提出了重大的挑战，回流焊技术就是一种表面贴装技术。回流焊技术是将主板放置在内部有加热电路的回流炉中，空气或氮气加热到足够高的温度后吹向已经贴好元件的线路板，让元件两侧的焊料融化后与主板粘结。回流焊过程中回流曲线依据焊料的各项参数来设置，回流曲线的设置会直接影响到元件与主板的粘结质量，因此提高焊料弹性模量测量的准确度是很有必要的。焊料弹性模量的测量是电子技术领域中的技术，目前有成熟的技术来对单独焊料的弹性模量进行测量。而在回流焊过程中，焊料与铜箔的接触处会发生反应生成界面金属层，目前的技术难以考虑上述情况对焊料弹性模量的影响，因此回流焊过程中焊料弹性模量的测量仍然尚有很多不足。
于红娇，张弓，马莒生在其发表的论文“Sn-Zn-Bi-In-P新型无铅焊料力学参数测量与分析”中提出了一种在不同温度下焊料弹性模量的测量方法。该方法使用WDW-20微机控制变温蠕变试验机分别在温度为25℃、50℃、75℃、100℃以及125℃时进行拉伸测量，并且将应变计贴于焊料试样正反两侧来采集轴向和横向应变数据，由加载载荷和轴向、横向应变数据即可求得焊料试样的弹性模量。该方法虽然可以较好地测得单独焊料的弹性模量，但是，该方法仍然存在的不足之处是，测量焊料的弹性模量时无法考虑回流焊过程中铜箔与焊料的接触处会发生反应生成界面金属层的问题，从而导致焊料弹性模量测量的不准确。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于差值法的回流焊过程中焊料弹性模量测量方法，以解决焊料的弹性模量测量中，无法考虑回流焊过程中铜箔与焊料的接触处会发生反应生成界面金属层的问题。
实现本发明目的的具体思路是：首先分别测量每个温区铜箔的应力值和应变值和每个温区铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值，然后利用弹性模量公式分别计算每个温区铜箔的弹性模量和每个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量，接着利用差值法计算每个温区焊料的弹性模量，最后将每个温区焊料的弹性模量拟合成一条曲线，得到焊料随温区变化的弹性模量曲线。
实现本发明目的的方法，包括如下步骤：
(1)设置测量装置：
(1a)将一个反向通过位于凹槽中心螺纹通孔的螺栓用螺母固定在铜箔上，再将中心设有凹槽的铜箔通过螺栓用螺母固定在支架上，得到测量装置中的操作机构，所述铜箔和支架的长度相等，铜箔下表面均匀粘贴应变片；
(1b)将应变仪和压力传感器调零并检查其灵敏度，再将铜箔下表面的应变片通过导线与压力传感器、应变仪相连，得到测量装置中的信号采集单元；
(2)测量每个温区铜箔的应力值和应变值：
(2a)转动位于铜箔凹槽中心的螺栓上的螺母，为铜箔表面施加力载荷，直至铜箔发生明显变形后将操作机构放置在回流炉的传送带上；
(2b)当传送带经过回流炉的每个温区时，记录信号采集单元中压力传感器和应变仪通过应变片采集到的铜箔的应力值和应变值；
(3)测量每个温区铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值：
(3a)当信号采集单元中压力传感器和应变仪采集到在所有温区时铜箔的应力值和应变值后，从回流炉中取出操作机构，转动位于铜箔凹槽中心的螺栓上的螺母，从螺栓上取下螺母后在铜箔的凹槽中放置焊料；
(3b)将螺母放置到位于铜箔凹槽中心的螺栓上后再次转动螺母，为焊料表面施加力载荷，直至焊料与铜箔发生明显变形后再将操作机构放置在回流炉的传送带上；
(3c)当传送带经过回流炉的每个温区时，记录信号采集单元中压力传感器和应变仪通过应变片采集到的铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值；
(3d)当信号采集单元中压力传感器和应变仪采集到在所有温区时铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值后，从回流炉中取出操作机构；
(4)利用弹性模量公式，分别计算每个温区铜箔的弹性模量和每个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量；
(5)利用差值法计算每个温区焊料的弹性模量：
利用差值公式Cn＝An-Bn，计算每个温区焊料的弹性模量，其中，Cn表示第n个温区焊料的弹性模量，An第n个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量，Bn表示第n个温区铜箔的弹性模量；
(6)将每个温区焊料的弹性模量拟合成一条曲线。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明利用差值法计算回流焊过程中每个温区的焊料弹性模量，把铜箔与焊料看作一个整体来计算回流焊过程中每个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量，克服了现有技术测量回流焊过程中焊料弹性模量时无法考虑在回流焊过程中铜箔与焊料的接触处会发生反应生成界面金属层的问题，使得在回流焊过程中焊料弹性模量的测量更准确。
附图说明
图1为本发明装置的操作机构示意图；
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本发明做进一步的描述。
步骤1，设置测量装置。
参照附图1，本发明装置的操作机构示意图，由螺栓螺母1、铜箔2、支架3和螺栓螺母4构成。
将螺栓螺母1的螺栓反向通过位于铜箔2凹槽中心的螺纹通孔，并用螺栓螺母1的螺母将螺栓螺母1的螺栓固定在铜箔2上，再将螺栓螺母4的四个螺栓分别依次垂直贯穿位于铜箔2和支架3四个角的螺纹通孔，在铜箔2和支架3中间以及支架3的下表面均由螺栓螺母4的螺母固定，铜箔2和支架3的间隔为1cm，得到测量装置中的操作机构。
所述螺栓螺母1，依次垂直贯穿位于凹槽中心的螺纹通孔的下、上表面，并由凹槽上表面的螺母进行固定，转动螺母即可对铜箔施加力，螺母用于固定螺栓和施加力载荷。
所述铜箔2，长度为20cm，宽度为15cm，厚度为1cm，中心有一个长度为15cm，宽度为10cm，厚度为0.5cm的凹槽，铜箔的四个角和凹槽的中心分别有一个直径为2cm的螺纹通孔，凹槽用于放置焊膏，铜箔下表面均匀粘贴应变片。
所述支架3，长度为20cm，宽度为15cm，厚度为1cm，支架的四个角分别有一个直径为2cm的螺纹通孔。
所述螺栓螺母4，由四个螺栓和八个螺母组成，四个螺栓分别依次垂直贯穿位于铜箔和支架四个角的螺纹通孔的上、下表面，在铜箔和支架的中间以及支架的下表面均由螺母固定。
将应变仪和压力传感器调零并检查其灵敏度，再将铜箔下表面的应变片通过导线与压力传感器、应变仪相连，得到测量装置中的信号采集单元。
所述应变片，用于测量每个温区铜箔和铜箔与焊料发生反应的应力与应变。
所述压力传感器，用于采集每个温区铜箔和铜箔与焊料发生反应的应力值。
所述应变仪，用于采集每个温区铜箔和铜箔与焊料发生反应的应变值。
步骤2，测量每个温区铜箔的应力值和应变值。
转动位于铜箔凹槽中心的螺栓上的螺母，为铜箔表面施加力载荷，直至铜箔发生明显变形后将操作机构放置在回流炉的传送带上。
当传送带经过回流炉的每个温区时，记录信号采集单元中压力传感器和应变仪通过应变片采集到的铜箔的应力值和应变值。
步骤3，测量每个温区铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值。
当信号采集单元中压力传感器和应变仪采集到在所有温区时铜箔的应力值和应变值后，从回流炉中取出操作机构，转动位于铜箔凹槽中心的螺栓上的螺母，从螺栓上取下螺母后在铜箔的凹槽中放置焊料。
将螺母放置到位于铜箔凹槽中心的螺栓上后再次转动螺母，为焊料表面施加力载荷，直至焊料与铜箔发生明显变形后再将操作机构放置在回流炉的传送带上。
当传送带经过回流炉的每个温区时，记录信号采集单元中压力传感器和应变仪通过应变片采集到的铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值。
当信号采集单元中压力传感器和应变仪采集到在所有温区时铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值后，从回流炉中取出操作机构。
步骤4，利用下述弹性模量公式，分别计算每个温区铜箔的弹性模量和每个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量：
Figure BDA0002624535440000051
其中，En表示第n个温区铜箔或铜箔与焊料发生反应的弹性模量，σn表示压力传感器采集到的第n个温区铜箔或铜箔与焊料发生反应的应力值，εn表示应变仪采集到的第n个温区铜箔或铜箔与焊料发生反应的应变值。
步骤5，利用差值法计算每个温区焊料的弹性模量。
利用差值公式Cn＝An-Bn，计算每个温区焊料的弹性模量，其中，Cn表示第n个温区焊料的弹性模量，An表示第n个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量，Bn表示第n个温区铜箔的弹性模量。
步骤6，将每个温区焊料的弹性模量拟合成一条曲线。

Claims (2)

1.一种基于差值法的回流焊过程中焊料弹性模量测量方法，其特征在于，分别利用压力传感器和应变仪采集每个温区铜箔和铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值，利用差值法计算每个温区焊料的弹性模量，该方法的步骤包括如下：
(1)设置测量装置：
(1a)将一个反向通过位于凹槽中心螺纹通孔的螺栓用螺母固定在铜箔上，再将中心设有凹槽的铜箔通过螺栓用螺母固定在支架上，得到测量装置中的操作机构，所述铜箔和支架的长度相等，铜箔下表面均匀粘贴应变片；
(1b)将应变仪和压力传感器调零并检查其灵敏度，再将铜箔下表面的应变片通过导线与压力传感器、应变仪相连，得到测量装置中的信号采集单元；
(2)测量每个温区铜箔的应力值和应变值：
(2a)转动位于铜箔凹槽中心的螺栓上的螺母，为铜箔表面施加力载荷，直至铜箔发生明显变形后将操作机构放置在回流炉的传送带上；
(2b)当传送带经过回流炉的每个温区时，记录信号采集单元中压力传感器和应变仪通过应变片采集到的铜箔的应力值和应变值；
(3)测量每个温区铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值：
(3a)当信号采集单元中压力传感器和应变仪采集到在所有温区时铜箔的应力值和应变值后，从回流炉中取出操作机构，转动位于铜箔凹槽中心的螺栓上的螺母，从螺栓上取下螺母后在铜箔的凹槽中放置焊料；
(3b)将螺母放置到位于铜箔凹槽中心的螺栓上后再次转动螺母，为焊料表面施加力载荷，直至焊料与铜箔发生明显变形后再将操作机构放置在回流炉的传送带上；
(3c)当传送带经过回流炉的每个温区时，记录信号采集单元中压力传感器和应变仪通过应变片采集到的铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值；
(3d)当信号采集单元中压力传感器和应变仪采集到在所有温区时铜箔与焊料发生反应的应力值和应变值后，从回流炉中取出操作机构；
(4)利用弹性模量公式，分别计算每个温区铜箔的弹性模量和每个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量；
(5)利用差值法计算每个温区焊料的弹性模量：
利用差值公式Cn＝An-Bn，计算每个温区焊料的弹性模量，其中，Cn表示第n个温区焊料的弹性模量，An表示第n个温区铜箔与焊料发生反应的弹性模量，Bn表示第n个温区铜箔的弹性模量；
(6)将每个温区焊料的弹性模量拟合成一条曲线。
2.根据权利要求1所述的一种基于差值法的回流焊过程中焊料弹性模量测量方法，其特征在于，步骤(4)所述弹性模量公式如下：
Figure FDA0002624535430000021
其中，En表示第n个温区铜箔或铜箔与焊料发生反应的弹性模量，σn表示压力传感器采集到的第n个温区铜箔或铜箔与焊料发生反应的应力值，εn表示应变仪采集到的第n个温区铜箔或铜箔与焊料发生反应的应变值。
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