焊点检验有效性提升工艺研究

潘宏健

摘要：电子装联领域普遍采用纯手工焊接，仅仅依靠人工目视检测手段及个人经验无法100%将电缆组装件所有焊点缺陷问题及时拦截，焊点检验有效性是影响电缆组装件及整机系统连接可靠性的关键因素。本文主要针对电缆组装件焊点检验有效性提升工艺进行研究，重点阐述了电装焊接原理、焊接工艺参数控制及焊点有效检测手段等等。

关键词：润湿 温度 时间 去金 检测 虚焊

1 引言

焊接作为电装互联技术中一种应用非常成熟的端接工艺，焊点质量的好坏直接影响电缆组装件及整机系统电气连接的可靠性。我国电缆组装件普遍采用纯手工焊接，焊接质量受人员操作技能及质量意识影响程度较大，目前电缆组装件产品制作涉及到的焊接工艺方法有几十种，各种焊接工艺的方法及检验标准不完善且有很大的差异，现阶段仅仅依靠简单的人工目视外观检验及个人经验进行焊接作业，导致许多焊点缺陷问题直到性能测试环节及出厂装机时才被发现，尤其是虚焊问题隐患极大。有很多产品焊点表面看起来是焊接良好，实际上没有实现电气的可靠连通或电气连接器不稳定现象，若未及时发现后续危害性极大。因此，仅仅依靠目前的纯人工目视手段及个人经验无法100%将电缆组装件所有焊点缺陷问题及时拦截，焊点检验有效性是影响电缆组装件及整机系统连接可靠性的关键因素，亟需制定措施全面提升焊点检验有效性，杜绝焊点质量隐患。

2 电装焊接原理

电缆组装件的焊接工艺原理非常复杂，只有真正掌握基础的电装焊接工艺原理，才能对遇到的各类焊点问题进行深入分析改进，从而提高电缆组装件的焊接过程控制及焊点检验有效性。电装焊接连接技术主要为软钎焊技术，使用熔点在450℃以下的软钎料作为钎焊填充金属材料。电装钎焊技术是采用比被焊金属材料熔点低的锡铅合金作为焊料，焊接加热温度低于被焊金属固相线而高于锡铅软钎料液相线的一种互联端接工艺。在焊接加热过程中，锡铅焊料首先达到液相线熔化为液态，而被焊金属材料始终保持为不熔化的固态，熔融的液态焊料充分润湿被焊金属材料表面，填充全部接头间隙并相互扩散在接触面上发生反应形成一定厚度的金属合金层，自然冷却凝固后即形成牢固的焊接接头，从而达到可靠的电气连接。总体来说，电缆组装件的钎焊工艺过程主要分为填隙过程及结合过程，填隙过程主要是钎料填满全部接头间隙，为钎焊创造条件，而结合过程主要是钎料与母材之间相互作用，是获得牢固钎焊接头的关键。

3 焊接工艺参数控制

电缆组装件焊点质量保障主要依靠焊接过程工艺参数控制，其中最重要的四个控制参数要点为焊接时间、焊接温度、必要的清洁处理及搪锡去金处理。一般通孔插装元器件的焊接时间为2s-3s，热敏元器件的焊接时间为1s-2s。对于一般电子元器件焊接，烙铁头温度宜为280℃，在任何情况下不应超过330℃，特殊场合如引线或端子较粗、散热较快的情况，允许烙铁头温度为360℃。待焊的元器件引线、导线端头、印制电路板及接线端子的表面上应进行清洁处理，并保证其可焊性。一般不应在镀金层上直接进行焊接，若表面镀金层厚度小于2.5μm，可进行一次搪锡处理，否则应进行二次搪锡处理以达到除金的目的。

电缆组装件产品因焊接时间不足形成的焊点外观虽然良好，但内部焊料未与焊接部分形成可靠连接就已经冷却凝固，焊料与焊接部分也只是形成了简单依附，因此，在手工焊接过程中要严格控制焊接时间参数，为待焊件提供足够的熔化和浸润时间，避免虚焊质量问题的发生。如果为了缩短焊接加热时间而采用较高的焊接温度进行作业，将会造成被焊面上的助焊剂过早挥发失效，且由于焊接温度过高即使加热时间短也造成过热损伤现象。此外如果焊接温度不够，熔融的焊料不能与元器件引脚镀层及导线导体很好的反应结合，冷却后焊料依附于引脚表面而导致虚焊异常，因此，在电缆组装件手工焊接过程中应保持烙铁头在合理的工艺温度范围内。电装钎焊过程中需要使用到各种各样的导线及零件，一般情况下遇到的待焊零件及导体往往都需要进行表面清理工作，去除焊接面上的汗渍、锈迹、油污、灰尘等影响焊接质量的多余物杂质，而在焊接面上的氧化物会阻碍烙铁的热量传导，影响焊料向元器件引脚根部流动，极易造成虚焊质量异常。因此，在焊接这种焊接面有氧化物的元器件时，应该先去除元器件表面的氧化物，增加引脚的可焊性，通常可以采用刮磨的方式。镀金元器件及引脚在焊接前需要进行搪锡处理，不仅能够提高焊点的可靠性、降低焊接难度，而且能够增加焊料熔融后的流动性，防止金脆化现象引起虚焊，因此，一般不应在镀金层上直接进行焊接。

4 焊点有效检测手段

电装行业内焊点的检测手段主要有人工目视、电气检测、环境应力筛选、超声波无损检测、X射线无损检测、机械破坏性检测、显微组织检测等手段。人工目检方式主要用来检验一些明显的焊点外观质量缺陷，对人员检验技能要求较高，而针对一些隐性的焊点虚焊缺陷是无法正常识别的，因此人工目检方式有很大的局限性，无法100%拦截焊点质量缺陷。机械破坏检测及显微组织检测因为需要对待验证的焊点进行机械剪切破坏，因此对所有的焊点进行检测是不可能的，只能按比例进行适量抽检检查，通过抽检方式可避免批次性焊点结构缺陷及工艺缺陷问题，保证电缆组装件新焊接工艺、新焊接材料引入时焊点的可靠性有保证性检测手段。电气检测是采用各种线缆功能测试仪使产品在加载条件下通电，检测产品电气功能是否满足设计要求以及系统电气功能是否稳定，及时筛查出电性能不良的典型焊点缺陷， 电气检测方式应用范围较广，涵盖各类电缆组装件产品的性能检查，可通过导通电阻数值及绝缘耐压测试结果来判定焊点可靠性。环境应力筛选手段主要是对于可能存在的虚焊，电缆组装件产品可以通过环境应力篩选试验的温度冲击、随机振动、温度循环及交变湿热等方法，在温度变化和应力交变冲击过程中充分暴露焊点中的缺陷，从而在过程中进行有效拦截剔除。超声波无损检测手段具有灵敏度高、操作方便、检验速度快、成本低、对人体无害等优点，可对典型的虚焊缺陷进行拦截，但对缺陷进行定性和定量判定尚存在困难，需要对各种焊点缺陷形式进行定量采集进行评估。

结束语;综合以上几类焊点检测手段的特点、优缺点、局限性及应用范围评估，电气检测、X射线检测及环境应力筛选检测这三种手段可以有效剔除潜在的焊点质量隐患，可以在电缆组装件产品推广应用，超声波无损检测手段可以有效检查焊点内部空洞、裂纹及分层，通过缺陷图判定可以引入电装行业应用，提升焊点检验有效性及焊接过程质量管控水平。

参考文献：

[1]陈祝年.焊接工程师手册.机械工业出版社，2002.1

[2]吕淑珍.BGA焊点检测与失效分析技术.电子工业专用设备，2016.6

[3]史建卫.手工软钎焊工艺技术.电子工艺技术，2014.9