CN1429061A - 一种锡波接触时间的测试装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种锡波接触时间的测试装置及其方法，其关键在于：在所要测试的印刷电路板(PCB)上加上焊盘，并在垂直于该具有焊盘的PCB传送方向上排布一排插针，插针的引脚用导线两两电气连接，或者直接用导线将PCB传送方向上对应于通孔的焊盘两两电气连接，将印刷电路板进入波峰焊状态，此时互联的引脚(或焊盘)通过锡波电路导通，外接的时间测量装置记录该导通时间就得到锡波接触时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种锡波接触时间的测试装置及其方法，尤其是指一种在波峰焊焊接工艺中测试锡波接触时间的装置及其方法。
背景技术
波峰焊焊接工艺是一个成熟但较为复杂的工艺，涉及材料学、化学、自动控制、流体力学等诸多领域知识。尽管波峰焊工艺发展有五十多年的历史了，设备结构、焊接工艺都发生了许多的重大变化，但是，在助焊剂和热的作用下，通过钎料波(业界常称锡波，下同)和焊端的接触形成原子间的结合这一基本原理没有改变。由于焊端在锡波中的行为涉及到流体力学、冶金学、表面物理化学、热力学、动力学及各边缘学科的知识，因此，高质量焊点的形成往往成为一个系统性的问题，锡波接触时间、锡波温度、锡波流动方式和助焊剂等都是影响焊点质量、焊点性能及表面清洁度的重要因素。为了保证焊点的质量，就需要对各项因素进行测量和控制。
通用的波峰焊过程中，锡波温度、锡波流动方式和助焊剂等都具有可控、可测的特性。而锡波接触时间同样作为焊接过程中重要的工艺参数之一，它不仅影响到焊点质量，还与印刷电路板(简称PCB)的变形、残余物挥发都有关系。例如：由于PCB固有的特性，因此不允许锡波接触时间过长；但从冶金学角度而言，为了获得良好的焊点，又必须使焊端与锡波保持足够长的接触时间，使得焊端获得足够的热量，达到良好的润湿温度；此外，锡波有助于助焊剂的流动性，增强焊点的润湿效果，对于助焊剂残余物也起到一定的冲刷作用，提高了单板的长期可靠性。因此对锡波接触时间的准确测量和控制是焊接质量提到保证的前提。
所谓锡波接触时间就是指在焊接过程中，在波峰发生器作用下，锡波依靠助焊剂、热与传动链上运动的PCB焊盘、器件引脚润湿，钎料与他们产生原子间的结合并形成金属间化合物达到焊接目的的持续时间。通常在波峰和链速稳定的情况下，锡波接触时间和锡波接触PCB的长度成线性关系。
目前业界为解决锡波接触时间的测试问题主要采取了两种方式：第一是玻璃板法，即借助有刻度的玻璃板代替PCB板在传动链上移动，然后查看玻璃板上预留的刻度，通过其长度和链速计算出锡波接触时间。这种方法的好处是比较方便，技术简单，效果直观，但其缺点是玻璃板与锡波之间润湿不良，其润湿角大于90度，而通常PCB焊盘或者器件引脚因为与锡波润湿良好，其润湿角能在90度以下。所以，依照玻璃板测试的锡波接触时间往往要小于实际波峰焊接时的锡波接触时间，容易给工艺控制和焊点质量造成潜在的隐患。
第二种方法插针法，请参阅附图1，该方法采用的是模拟实际波峰焊过程，在垂直于PCB 10传送方向上排布一排插针121、122、123、124、125和126等，插针的引脚两两之间(121与122、123与124、125与126)用导线15连接起来，正常情况下当锡波16没有同时接触到两个互联的引脚121与122(或123与124、125与126)时，它们之间处于断路状态；一旦进入波峰焊状态时，引脚没入锡波16中，由于锡波16的导电作用，互联的引脚121与122(或123与124、125与126)通过锡波16导致电路导通，外接的时间测量装置17显示其处于导通状态并开始计时，当任何一个引脚和锡波脱离时，必然导致电路断开，计时结束，该时间测量装置17所测得的导通时间t1(或t2、t3)就是锡波接触时间。
这种方法的优点时基本上模拟了实际的焊接过程，对于锡波对器件引脚的润湿过程也能较好的描述；当两个引脚的距离足够近时，可以理解这个导通时间和锡波接触时间等效，时间比较准确。这个方法的缺点主要是由于仅仅采用了插针引脚作为导通电极，在实际的使用过程中引脚的溶解或者磨损，将导致出现插针完全无法和锡波接触的情况，如附图2所示引脚123溶解的情况，此时测量的时间t2输出为0。附图3所示用该方法测量锡波接触时间所得的结果，其中第5、9、13、21、26组插针由于完全磨损掉，因此对应锡波接触时间测试结果都显示为0，同时第6、12、24组插针出现部分磨损，因此在锡波接触时间变短；而对于第28组插针由于引脚变短或者锡波状态的不稳定，导致测试时间出现断点，因此该结果无法真实反映实际的锡波接触时间。
这个方法的另外一个缺点是：由于长期以来人们对于锡波接触时间测试方法的局限性，在工艺控制过程中如何选取合理的锡波接触时间进行控制一直没有定论，采用不同点的平均时间、最大时间等等作为描述的都有。对于插针法显然由于最小时间出现0的情况，一般而言，人们往往采用的是以最大锡波接触时间作为焊接时间来控制和拷贝工艺参数，这样不可避免的带来了部分焊点的焊接时间是否足够、助焊剂残余物是否清除完全等潜在的问题。
发明内容
为解决上述缺点，本发明的目的在于提供一种锡波接触时间的测试装置，该装置能保证测试结果可真实反映实际的锡波接触时间。
本发明的另一目的在于提供一种锡波接触时间的测试方法该方法能提供准确的测试结果而不会出现测量结果为空缺或断续的情况，以实现锡波接触时间的可靠控制和拷贝
本发明的第一目的是这样实现的：
一种锡波接触时间的测试装置，包括印刷电路板、用于将该印刷电路板传送方向上的通孔两两电气连接的导线、和连接于两电气连接的通孔之间的时间测量装置，其特征在于：该印刷电路板上具有焊盘。
其中，所述的通孔两两电气连接可以通过在通孔中插置插针，再用导线将插针两两连接实现，也可以直接用导线将相应于通孔的焊盘两两连接实现。
本发明的第二个目的是这样实现的：
一种锡波接触时间的测试方法，是通过测量印刷电路板上传送方向上两个通孔同时进入波峰焊状态时的时间实现的，其包括以下步骤：(1)在被测的印刷电路板上加上焊盘；(2)将该具有焊盘的印刷电路板上于传送方向的通孔两两电气连接；(3)将经电气连接的印刷电路板进入波峰焊状态；(4)记录该互联的通孔在锡波中的导通时间即得锡波接触时间。
其中，该方法步骤(2)所述通孔间的电气连接可以通过在通孔中插入插针，再将该插针用导线连接实现；也可以用导线直接将对应于所述通孔的焊盘连接实现。
该方法步骤(4)所述导通时间是通过连接在两电气连接的通孔之间的时间测量装置进行测量的。
附图说明
图1为插针法测量锡波接触时间的示意图。
图2为插针法中引脚磨损情况下的锡波接触时间示意图。
图3为插针法锡波接触时间的测量结果图。
图4为焊接过程中锡波对焊盘和引脚的接触原理图。
图5为本发明锡波接触时间的测量示意图。
图6为本发明当有引脚磨损时的锡波接触时间示意图。
图7为本发明锡波接触时间的测量结果图。
具体实施方式
波峰焊焊接时，锡波对引脚和焊盘甚至通孔孔壁的作用过程可以简单的描述为锡波接触、锡波润湿和锡波脱离三个阶段，因此，锡波接触时间是包含了以上三个阶段的总时间。由于锡波本身的随机波动性和引脚、焊盘的表面状态，完全准确的定义出锡波接触的三个阶段是不可能的，但是从焊接的原理而言，即从焊接应该同时在连接的两个母材面产生漫流、润湿、扩散等过程而言，如果能够测试到焊盘或者引脚的锡波接触时间其结果是等效的。如附图4所示，在波峰焊焊接过程中，锡波26必须同时接触引脚22和焊盘24，当引脚22过长时，显然锡波26将首先和引脚22发生润湿作用，但是此时由于焊盘24和的PCB 20的孔壁23没有与锡波26接触，严格说来焊接过程并没有开始，只有等到锡波26和焊盘24、引脚22同时接触时，真正的焊接过程才开始，此时记录的锡波接触时间是比较合理的。而当引脚22过短时，由于焊盘24上的锡波26能迅速蔓延开来，进入到引脚22和孔壁23周围发生润湿作用，所以此时开始记录锡波是合理的。即无论是引脚22是正常还是过长、过短时，当锡波26接触到焊盘24时开始记录锡波接触时间是合理的。
因此，本发明在测试锡波接触时间时，在PCB板上加上焊盘，就可以保证锡波测试时间能准确的反应实际的焊接时间，而不必要考虑引脚的长短和状态。如附图5所示，被测量的PCB 30在底面具有焊盘34，在垂直于PCB 30传送方向上排布一排插针321、322、323、324、325和326等，插针的引脚两两之间(321与322、323与324、325与326)用导线35连接起来，并连接到时间测量装置37上，当进入波峰焊状态时，引脚没入锡波36中，互联的引脚321与322(或323与324、325与326)通过锡波36导致电路导通，外接的时间测量装置37测量出锡波接触时间t1(或t2、t3)。
如果引脚同样发生溶解和磨损作用，如附图6所示插针323的引脚被磨损掉，由于焊盘34上的锡波36能迅速蔓延开来，进入到原引脚323和孔壁周围发生润湿作用，此时仍然能使焊盘34与插针324之间通过锡波36导通，所以测量出的锡波接触时间t2不为0，即其导通时间测试结果不会影响到锡波接触时间的测试。
实施本发明锡波接触时间测试方法，其测试结果不会出现断续甚至空缺的测试结果图，如附图7所示，根据锡波的稳定状态和PCB本身的变形情况，时间测试图会出现一个比较规则的变化。在整个图象中，最短的连续过锡时间tmin往往出现在PCB板边缘的几个测试点，这主要是由于锡波在边缘的平整性和PCB受热变形的下塌效果。在实际焊接过程中，当整个单板上所有焊点的焊接时间都在所测得的最短锡波接触时间tmin之上时，是可以保证每个焊点的良好形成，过长的时间仅仅是对焊点的长期可靠性可能产生影响；但是一旦部分焊点的焊接时间低于该测得的最短锡波接触时间tmin时，可能导致焊点处母材的吸热不够，焊点无法正常形成，从而出现开路或者弱连接。因此，对最短的锡波接触时间进行规范，是焊接工艺参数拷贝和控制的前提，而本发明提供的测试方法就能准确的获得最短的连续锡波接触时间即最短的连续焊接时间。
Claims (7)
1、一种锡波接触时间的测试装置，包括印刷电路板、用于将该印刷电路板传送方向上的通孔两两电气连接的导线、和连接于两电气连接的通孔之间的时间测量装置，其特征在于：该印刷电路板上具有焊盘。
2、根据权利要求1所述的锡波接触时间的测试装置，其特征在于：所述通孔中还插置有插针，该插针用导线进行连接以实现通孔两两电气连接。
3、根据权利要求1所述的锡波接触时间的测试装置，其特征在于：所述焊盘直接用导线连接以实现通孔两两电气连接。
4、一种锡波接触时间的测试方法，是通过测量印刷电路板上传送方向上两个通孔同时进入波峰焊状态时的时间实现的，其包括以下步骤：(1)在被测的印刷电路板上加上焊盘；(2)将该具有焊盘的印刷电路板上于传送方向的通孔两两电气连接；(3)将该经电气连接的印刷电路板进入波峰焊状态；(4)记录该互联的通孔在锡波中的导通时间即得锡波接触时间。
5、根据权利要求4所述的锡波接触时间的测试方法，其特征在于：步骤(2)所述通孔间的电气连接是通过在通孔中插入插针，再将该插针用导线连接。
6、根据权利要求4所述的锡波接触时间的测试方法，其特征在于：步骤(2)所述通孔间的电气连接是用导线直接将对应于所述通孔的焊盘连接。
7、根据权利要求4所述的锡波接触时间的测试方法，其特征在于：步骤(4)所述导通时间是通过连接在两电气连接的通孔之间的时间测量装置进行测量的。
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| CN104096985A (zh) * | 2013-04-03 | 2014-10-15 | 纬创资通股份有限公司 | 测试装置及测试方法 |
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2001
- 2001-12-23 CN CN 01145245 patent/CN1194589C/zh not_active Expired - Fee Related
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