前  言

    長期以來，潤濕平衡試驗作為評價焊料潤濕性能的1種有效的實驗室的方法，3種材料需要進行潤濕平衡試驗，即基材、助焊劑和焊料。基材可以是印制板表面的金屬區域，可以是電子元件的引線或端子。潤濕平衡試驗用于評估金屬表面的可焊性。試驗程序在IPC?J?002和IPC?J?003中詳述。潤濕平衡試驗也被用于評價助焊劑潤濕效果的篩選工具。

    近年來，潤濕平衡試驗被用于評價各種合金焊料的潤濕性，特別是無鉛合金焊料的潤濕性。潤濕平衡試驗方法是全面研究無鉛焊料再流焊和波峰焊的一部分，潤濕平衡試驗的目的是評價材料的適應性、可焊性及焊接質量。研究的內容包括合金、助焊劑、焊膏的主要配比、插件板的外觀、表面安裝、通孔元件（through?holecomponents）及專門設計的試驗板。本文選擇潤濕平衡試驗儀測定在波峰焊金相研究中所用各種無鉛合金焊料適應的溫度。

潤濕平衡試驗方法

    1 合金焊料

    評價以下5種無鉛合金焊料，包括錫－銀和銀－銅的2元合金焊料、錫－銀－銅3元合金焊料、錫－銀－銅－鉍和錫－銀－銅－銻的4元合金焊料，也包括共熔錫－鉛焊料。所評定的特種合金及其熔化溫度范圍見表1。

表1    合金焊料和熔化溫度范圍

    2 試驗準備

    基材的潤濕平衡試驗用25.4mm×12.7mm×0.13mm的銅附連測試板。附連測試板應符合ISO1634CU?ETP中的HA條件。附連測試板應按下列步驟進行預清洗：

    在沸騰的異丙醇中去油；

    用銅的表面處理劑去氧化；

    用去離子水清洗；

    最后用異丙醇清洗。

    潤濕平衡試驗應在新清潔過的，并經100℃氧化1小時的附連測試板上進行。

    3 潤濕平衡試驗

    用潤濕試驗儀進行焊料的潤濕試驗，試驗儀的焊料槽應順次分別填充所測試的每一種合金。將附連測試板浸入低固化點非清洗（no?clean）助焊劑中，深度達2.54mm，然后將附連測試板在焊料槽上方2.54mm處預熱5min，接著將附連測試板浸入焊料2.54mm處5s，浸入和移出速度為25.4mm/s。無論氧化的銅附連測試板還是未氧化的銅附連測試板都使用助焊劑，在焊料溫度范圍內進行試驗，每種焊料合金，焊料溫度和附連測試板的表面狀況用15塊附連測試板。

試驗結果

    每個潤濕試驗記錄2個測量結果，即潤濕時間和潤濕力。從該研究中獲得的潤濕平衡測試結果示于圖1至圖4，圖中每個點代表15塊附連測試板測量數據的平均值。

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圖1 使用助焊劑時每種合金焊料與未氧化銅的潤濕時間

圖2 使用助焊劑時每種合金焊料與未氧化銅的潤濕力

圖3 使用助焊劑時每種合金焊料與氧化銅的潤濕時間

圖4 使用助焊劑時每種合金焊料與氧化銅的潤濕力

    圖中： 1表示錫63/鉛37合金

           2表示錫95.5/銀4/銅0.5合金

           3表示錫99.3/銅0.7合金

           4表示錫96.5/銀3.5合金

           5表示錫96/銀2.5/鉍1/銅0.5合金

           6表示錫96.2/銀2.5/銻0.5/銅0.8合金

    圖1和圖2表示使用未氧化的銅時，每種測試合金和助焊劑的潤濕時間和潤濕力的結果。圖3和圖4表示使用氧化的銅時，每種測試合金和助焊劑的潤濕時間和潤濕力的結果。

    試驗結果表明：（1）當使用低固化點、非清洗（no?clear）松香型助焊劑時，271℃出現近視無鉛合金焊料的溫度。使用未氧化的銅和低固化點助焊劑時，隨著無鉛合金溫度達到271℃，潤濕時間縮短，然后潤濕達到平衡或隨著溫度的升高潤濕力稍有增加。同樣，達到271℃時，潤濕力增加，然后達到平衡或隨溫度上升潤濕力略有減小。（2）錫－銀2元合金和錫－銀－銅三元合金的潤濕時間比4元合金和錫鉛合金更快，潤濕能力更強；（3）錫－銅合金達到完全潤濕要求的最低溫度為260℃；（4）4元合金達到完全潤濕要求的最低溫度為249℃；（5）錫－銀和錫－銀－銅合金達到完全潤濕的最低試驗溫度為232℃；⑥錫－鉛合金達到完全潤濕的最低試驗溫度與錫－銀和錫－銀－銅合金同樣。用氧化的銅和低固化點的助焊劑時，不同合金的結果很接近。用氧化的銅基材，焊料溫度為271℃通常可得到比在較低溫度更好的效果。然而，有些合金在最高試驗溫度277℃具有較好邊緣效果。使用未氧化的銅時，錫－銀2元合金和錫－銀－銅3元合金的潤濕時間要比使用氧化的銅潤濕時間稍快、潤濕力稍強，該趨勢正好與四元合金和錫－鉛合金相反，即用氧化的銅比用未氧化的銅得到的潤濕效果更好。

結  論

    潤濕平衡試驗結果表明，當使用低固化點非清洗松香型助焊劑評定無鉛合金焊料溫度時，271℃接近無鉛合金焊料的溫度，錫－銀合金、錫－銅合金和錫－銀－銅合金一般潤濕時間短，潤濕力強；每種無鉛合金焊料的適應性及焊料溫度必須在雙面金屬化孔板和表面安裝電子元器件印制板的實際波峰焊工藝中進行驗證。