摘 要

近些年来，在电子行业中，表面组装技术的兴起，导致PCB上贴装元件越来越多，元器件尺寸增大以及数量的增多使得焊接要求越来越高，传统的波峰焊以及手工焊接越来越难以达到要求，导致再流焊技术产生。目前，再流焊逐渐占据了电子焊接技术行业的领导地位。然而，对于有些器件如连接器、传感器、变压器等通孔元件，再流焊技术难以实现焊接，仍需使用波峰焊技术对这类通孔元件进行焊接，但是，由于元器件尺寸及数量的增大，使得可焊空间越来越小，对技术的要求逐渐增高，波峰焊技术已经难以达到要求，改善技术，提高焊点质量，已是大势所需。

目前，随着环保意识的增强，人们逐渐意识到传统的SnPb焊料是造成环境污染的主要来源，另外，随着欧盟RoHS指令的颁布，无铅焊料取代锡铅焊料已是大势所需。经过近几十年不懈的研究，目前使用的无铅钎料有几种，如、Sn-Cu系列、Sn-Ag系列等。然而，无铅化的应用也对传统的工艺产生了影响，如无铅焊料的熔点高于含铅焊料的熔点，使得焊接温度要提高，温度的提高，也对各种元器件以及PCB产生影响。所以，调整工艺参数，使其适应无铅化要求，也是目前需要解决的挑战。

无铅化的应用对保证焊点质量来说是一个挑战，本文主要以插装元件为例介绍了波峰焊的焊接原理，同时，介绍了工艺流程，研究了工艺参数以及不同焊料对焊点的影响，另外，通过ANSYS软件以通孔元件为模型，进行热循环测试，得到了焊点内部应力应变状态。

关键词：波峰焊、工艺参数、应力、焊接原理

Abstract

In recent years, in the electronics industry, the rise of surface assembly technology, resulting in more and more components on the PCB placement, component size and increase the number of welding requirements become increasingly high, the traditional wave soldering and manual welding More and more difficult to meet the requirements, resulting in reflow technology. At present, reflow gradually occupy the electronic welding technology industry leadership. However, for some devices such as connectors, sensors, transformers and other through-hole components, reflow technology is difficult to achieve welding, still need to use wave soldering technology to weld these through-hole components, but due to component size and quantity increase Large, making the welding space is getting smaller and smaller, the technical requirements gradually increased, wave soldering technology has been difficult to meet the requirements, improve technology, improve the quality of solder joints, is the general trend.

At present, with the enhancement of environmental awareness, people gradually realized that the traditional SnPb solder is the main source of environmental pollution, in addition, with the EU RoHS directive, lead-free solder replacement tin lead solder is the general trend. After several decades of unremitting research, the current use of lead-free solder there are several, such as, Sn-Cu series, Sn-Ag series. However, lead-free applications also have an impact on the traditional process, such as lead-free solder melting point higher than the melting point of lead solder, making the welding temperature to improve the temperature, but also on a variety of components and PCB impact The Therefore, adjust the process parameters to adapt to the requirements of lead-free, but also the need to address the challenges.

 The application of lead-free is a challenge to ensure the quality of solder joints. In this paper, the welding principle of wave soldering is introduced in this paper. At the same time, the process flow is introduced, the process parameters and the solder In addition, through the ANSYS software to the hole element as a model, the thermal cycle test, the internal stress and strain state of the solder joint.

Key words: wave soldering, process parameters, stress, welding principle

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题的引出 1

1.2波峰焊接技术国内发展的现状 1

1.3波峰焊焊点形成原理与影响因素 2

1.3.1波峰焊焊点形成原理 2

1.3.2波峰焊接焊点形成的影响因素 3

1.4 本文的主要研究内容 4

第2章 波峰焊点的形成 5

2.1波峰焊接技术的原理 5

2.2波峰焊接接头的物理现象 5

2.2.1波峰焊点润湿机理 5

2.2.2波峰焊点的毛细填充过程 6

2.3波峰焊工艺参数的影响 6

2.3.1 波峰焊工艺流程 6

2.3.2波峰焊工艺参数 8

2.4 焊料不同对焊点的影响 10

2.5 PCB对焊点的影响 12

第3章 焊点的有限元分析与仿真 13

3.1有限元简介 13

3.1.1有限元的原理 13

3.1.2 ANSYS软件简介 13

3.2 热循环条件下的焊点力学行为 15

3.2.1 Anand粘塑性本构方程 15

3.2.2 单元的选择 17

3.2.3 焊点模型及温度加载 18

3.3模拟结果 19

3.3.1不同焊料的对比 19

3.3.2引脚直径的对比 22

3.3.4 焊点高度的对比 25

3.3.5 焊点的形状对比 28

3.3.6 本章小结 30

总结 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1课题的引出

目前在电子焊接行业中,表面工艺技术得到不断提升，如再流焊、表面封装等的运用，且随着片式元件的增多，再流焊技术逐渐成为主导技术，但目前在国内对于通孔电子产品焊接依然较多采用传统的波峰焊接工艺。而对于工艺技术参数的选取，在波峰焊焊接中依据十分严格。不合适的工艺参数，会影响焊点的形成质量。过高的不良率会严重影响企业的收益，所以改善焊接工艺技术，提高产品质量是每个公司所期望的。在当今全球激烈竞争的环境下，降低焊点的不良率实在必行，那么了解焊点的形成过程将会对降低焊点的不良率产生巨大帮助。而本文的主要研究内容就是焊点在形成过程中应力特征与影响因素。

1.2波峰焊接技术国内发展的现状

纵观电子行业中焊接技术的历史，其中有两次变革影响深远:第一次是焊接元件的改变，即从以前的插装元件转变为贴片元件的焊接；第二次是钎料使用的改变，即从使用含铅焊料向使用无铅焊料焊接的改变。两次技术的变革影响焊接行业，最直观的表现有两个:一是印制板上贴装元件的增多，以及插装元器件的减少;二是由于贴装元件的增多，导致通孔元件的焊接空间的减小，使得焊接难度增大，另外，无铅焊料的使用也对焊接要求增大，增加焊接难度。最后，焊接技术的演变对企业生产的影响也是巨大的，目前企业面临了新挑战:一方面尽快使产品符合客户要求，确保不会被时代淘汰;另一方面新工艺的不稳定影响着产品质量，会影响公司声誉。另外出于对环保的考虑，无铅生产己是大势所趋。

在电子行业中，特别是在家电、通信设配中，Sn-Pb合金作为连接材料一直很受欢迎，主要是由于它的性能良好、价格便宜。 然而，随着环保意识的提升，人们意识到SnPb焊料会对环境造成巨大污染。例如在生产过程中，由于焊接温度很高，会使SnPb焊料熔化，熔化过程中挥发大量的蒸汽，这些气体含有铅元素，人一旦吸入该气体将会影响自身健康。另外，设备在焊接的过程中，伴随这焊点的形成，会有大量杂质产生。这些杂质中含有大量的铅元素，如不经处理，埋入地底后，在雨水浸泡下溶解，随着雨水流入地下河中，一旦这些被污染的水被人长期使用，将会对人体造成损坏，破坏人体脑神经，引起呆滞、高血压等高危疾病的发生，影响身体健康^[1]。如果身体中铅元素浓度过高，还可致癌。以美国为例，每年有大量的电子废品未被回收处理，就被直接丢弃，这些电子废品中都含有铅。假设每年丢弃电子废品约有一亿块，且每个电子废品中PCB含有4g的铅元素，那么每年将近有400吨的含铅废品被丢弃，这些废弃的铅料会破坏生态环境。所以，无铅焊料的使用已是不可改变的。