锡焊原理与焊点可靠性分析-经典上课讲义.ppt

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1、锡焊原理与焊点可靠性分析-经典一.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回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。（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（

2、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.锡焊原理锡焊过程——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、

3、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，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）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

4、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。锡焊原理（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；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（W

5、a）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-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

6、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，由于相界面分子与体相内分子之间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现象。由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此抵消，合力=0。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气分子对它的引力，因此液体表面都有自

7、动缩成最小的趋势。熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。大气大气液体内部分子受力合力=0液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力分子运动表面张力与润湿力熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与母材表面清洁程度有关，还与液态焊料的表面张力有关。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。分子运动表面张力在焊接中的作用回流焊——当焊膏达到熔融温度时，在平衡的表面张力的作用下，会产生自定位效应（selfalignment）。表面张力使回流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易