锡焊机理与焊点可靠性剖析.ppt

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1、SMT无铅焊接技术内容1．锡焊机理与焊点可靠性分析2．SMT关键工序-再流焊工艺控制3．波峰焊工艺4．无铅焊接的特点及工艺控制5.过渡阶段有铅、无铅混用应注意的问题锡焊机理与焊点可靠性分析学习、运用焊接理论，提高无铅焊接质量焊接是电子制造工艺中的关键工序。SMT的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的缺陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、界面结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，提高电子连接的可靠性。运用焊接理论指导生产实践，掌握正确的工艺方法，提高无铅焊接质量。⑴产生电子信号或功率的流动⑵产生机械连接强度焊缝焊

2、点要求焊接后在焊料与被焊金属界面生成金属间合金层（焊缝）一.概述二.锡焊机理三.焊点强度和连接可靠性分析四.关于无铅焊接机理五.锡基焊料特性内容一.概述熔焊焊接种类压焊钎焊钎焊压焊熔焊超声压焊金丝球焊激光焊电子装配的核心——连接技术：焊接技术焊接技术的重要性——焊点是元器件与印制电路板电气连接和机械连接的连接点。焊点的结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。焊接方法（钎焊技术）手工烙铁焊接浸焊波峰焊再流焊软钎焊焊接学中，把焊接温度低于450℃的焊接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。软钎焊特点钎料熔点低于焊件熔点。加热到钎料熔化，润湿焊件。焊接过程焊件不熔化。焊接过程需要加焊剂

3、。（清除氧化层）焊接过程可逆。（解焊）电子焊接——是通过熔融的焊料合金与两个被焊接金属表面之间生成金属间合金层（焊缝），从而实现两个被焊接金属之间电气与机械连接的焊接技术。当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、溶解、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝固，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关。二.锡焊机理锡焊过程——焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料和空气等之间相互

4、作用的复杂过程表面清洁焊件加热熔锡润湿扩散结合层冷却后形成焊点物理学——润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解化学——助焊剂分解、氧化、还原、电极电位冶金学——合金、合金层、金相、老化现象电学——电阻、热电动势材料力学——强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中焊接过程中焊接金属表面（母材，以Cu为例）、助焊剂、熔融焊料之间相互作用1.助焊剂与母材的反应（1）松香去除氧化膜——松香的主要成分是松香酸，融点为74℃。170℃呈活性反应，230~250℃转化为不活泼的焦松香酸，300℃以上无活性。松香酸和Cu2O反应生成松香酸铜。松香酸在常温下和300℃以上不能和Cu2O起反应。（2

5、）溶融盐去除氧化膜——一般采用氯离子Cl-或氟离子F-，使氧化膜生成氯化物或氟化物。（3）母材被溶蚀——活性强的助焊剂容易溶蚀母材。（4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。2.助焊剂与焊料的反应（1）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的HCl，与SnO起还原反应。（2）活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张力，提高浸润性。（3）焊料氧化，产生锡渣。3.焊料与母材的反应润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成结合层。锡焊机理（1）润湿（2）扩散（3）溶解（4）冶金结合，形成结合层润湿角θ焊点的最佳润湿角Cu----Pb/Sn15~45°当θ=0°时，完全润湿；当θ=180°时，完全不润湿

6、；θ=焊料和母材之间的界面与焊料表面切线之间的夹角分子运动（1）润湿液体在固体表面漫流的物理现象润湿是物质固有的性质润湿是焊接的首要条件润湿力（Wa）θBSVCSLALV当固、液、气三相达到平衡时：BSV=CSL+ALVCOSθBSV：固体与气体之间的界面张力可以将BSV看作是液体在固体表面漫流的力（润湿力：Wa）CSL：固体与液体之间的界面张力ALV：液体与气体之间的界面张力BSV与CSL的作用力都沿固体表面，但方向相反。设润湿力为Wa，其近似值：将BSV代入式中S：固体L：液体V：气体θ：润湿角L液体S固体Wa≈BSV+ALV-CSLWa=CSL+ALVCOSθ+ALV-

7、CSLWa=ALV（1+COSθ）——润湿力关系式V气体从润湿力关式可以看出：润湿角θ越小，润湿力越大分子运动润湿条件（a）液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是物质固有的性质。（b）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。清洁的表面使焊料与母材原子紧密接近，产生引力，称为润湿力。当焊料与被焊金属之间有氧化层和其它污染物时，妨碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊的原因之一。分子运动表面张力表面张力——在不同相共同存在的体系中，由于