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技术篇 | 提高焊锡丝芯剂含量稳定性的生产工艺改进措施

 
随着电子信息产业的飞速发展,对作为电子产品必不可 少的联接材料焊锡也提出了更高的要求。焊锡丝是手工烙铁 焊接、焊接机器人、SMT 焊后修补的必要材料,因电子产品对焊点抗疲劳、耐高低温、机械及电气性能都有严格要求,焊锡丝质量的好坏对焊接效果有直接的影响。长期以来,锡焊料行业对于配方作了大量的研究,而对于焊料生产的工艺改进研究却非常少。即使有一个性能优异的配方,如果没有 很好的生产工艺控制,也难以达到优质的稳定产品。产品配方一旦确定,产品的性能主要取决于生产加工过程对工艺的控制能力。焊锡丝一个很关键的质量指标就是芯剂稳定。如果芯剂出现断空或不均匀,则会造成锡丝难于焊接或无法焊接,容易发生焊接缺陷。那么针对焊锡丝芯剂不稳定问题,有什么改进技术吗?
 
焊锡丝芯剂生产工艺分析
 
焊锡丝在挤压工序完成芯剂灌注,芯剂含量不稳定、断空缺陷一直是焊锡丝生产未能很好解决的问题,要想解决这个问题必须从缺陷产生的原因入手。长期观察和实验分析发现,芯剂断空、含量变化一般是在挤压时两个锡棒接头处, 或是松香嘴有杂物堵塞时发生。 焊锡丝一般使用松香加活性物质组成助焊用芯剂,松香嘴与挤压机出线模位置确定调整好后,锡线中芯剂孔径大小也应确定下来了。理论计算表明,孔径与线径大小固定,锡与芯剂的体积比就固定了,因此焊锡与芯剂的重量百分比也固定。
 

 
松香的熔点为 110~135℃,软化点 70~90℃,为了不使助焊剂中的活性成份在高温下挥发消耗,挤压锡线时松香桶温度一般设置为 140℃,在此温度下松香完全熔化。松香桶与挤压机松香嘴连接处的温度也需达到 140℃。温度过低, 则松香粘度大增加阻力,减小流量,从而影响松香含量的均匀性。松香桶与挤压机松香嘴连接处,一般采用电加热方式。 当发热圈通电时,温度快速上升,热电偶测温超过 140℃时加热机构断电。松香桶与挤压机松香嘴连接处松香通道体积小,由于热惯性作用,其温度会继续上升。容易造成松香油裂解、部分活性物质挥发并形成气泡。 松香因过热产生的气泡,靠浮力上升。在松香嘴至松香桶这一段由于温度变化大,更易产生气泡。而且由于通道水平设置,气泡产生后上升并粘附在通道上壁。当挤压机挤完一个锡棒再进行下一次挤压时,有大约 15 秒的时间间隔。这段时间内通道内松香受热时间延长,气泡富集在一起。随着下一个锡棒的挤压开始,气泡进入锡线内,造成锡与锡棒之间的接头处松香含量偏少或断空。如图 2 和图 3 所示。


德国 Collin、韩国 Won jin 及国内几家具有代表性的设备厂生产的挤压机,以及松香桶的连接都是按照图1所示的方式设计。上述结构的焊锡丝挤压机,随使用时间的增加, 受热烧焦的松香粘附在通道壁上,不溶杂质沉淀,会形成沉积物。因此必须定时对松香通道进行疏通,疏通松香通道的工作需在一桶助焊剂用完后,才能进行。如桶内还有助焊剂时,由于生产的原因,需对松香通道进行疏通。此时,则需剪断锡线,从前面用钢枝插入松香通道进行疏通。这种疏通方法,极易造成高温液体松香温度高由通道内喷出,烫伤操作人员。
 
焊锡丝芯剂生产工艺改进设计
 
针对上面分析的焊锡丝芯剂工艺过程,以及影响芯剂含量的原因,我们对挤压机与松香桶的连接结构与相对位置进行了改进。如图 4 所示,将松香桶置于挤压机头顶部,焊锡丝芯剂自上而下呈直线往锡线孔内灌注松香。这样的设计保证:(1) 因通道垂直无上壁,助焊剂受热产生的气泡可以依靠浮力上升至液面不会在通道内产生富集,锡线中不会因为带入大量的气泡而导致芯剂含量波动。(2) 助焊剂通道疏 通时可以不用剪断锡线,只要打开松香桶上盖便可以方便地进行疏通,并且松香不会喷出伤人,更为安全。因为助焊剂通道是上下垂直无弯道,通道壁上不易产行杂质沉积。定时疏通芯剂通道,保障松香通道的畅通稳定。

经生产实验结果对比。水平加注钎剂钎剂含量变化平均值为 0.13%,垂直加注钎剂生产线钎剂含量变化值为 0.066%。可以看到,垂直加注方式的锡丝产品钎剂 含量稳定性明显增加。钎剂含量测定根据 ISO 12224-2-1997 (钎剂心钎焊锡丝-规范和试验方法-第 2 部分:钎剂含量的测 定)规定的方法进行。
 
结 论
 
改变焊锡丝钎剂灌注方式,解决液态芯剂气泡富集现象,可提高芯剂含量稳定性,增强操作安全性。定时对松香通道进行疏通,清除通道上沉积物,有效减少断空和芯剂含量减小的情况。
 
 
 
 
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