1-4-《學(xué)習(xí)運(yùn)用焊接理論,正確設(shè)置再流焊溫度曲線,提高ppt課件

1、1-4 學(xué)習(xí)運(yùn)用焊接實(shí)際，正確設(shè)置再流焊溫度曲線，提高無(wú)鉛焊接質(zhì)量顧靄云.內(nèi)容一錫焊機(jī)理與焊點(diǎn)可靠性分析 1. 概述 2. 錫焊機(jī)理 3. 焊點(diǎn)強(qiáng)度和銜接可靠性分析 4. 關(guān)于無(wú)鉛焊接機(jī)理二運(yùn)用焊接實(shí)際正確設(shè)置無(wú)鉛再流焊溫度曲線 1從再流焊溫度曲線分析無(wú)鉛焊接的特點(diǎn) 2以焊接實(shí)際為指點(diǎn)分析再流焊的焊接機(jī)理 3運(yùn)用焊接實(shí)際正確設(shè)置無(wú)鉛再流焊溫度曲線.學(xué)習(xí)、運(yùn)用焊接實(shí)際，提高無(wú)鉛焊接質(zhì)量焊接是電子制造工藝中的關(guān)鍵工序。SMT的質(zhì)量目的是提高直通率。除了要減少肉眼看得見(jiàn)的缺陷外，還要抑制虛焊、焊點(diǎn)內(nèi)部應(yīng)力大、內(nèi)部裂紋、界面結(jié)合強(qiáng)度差等肉眼看不見(jiàn)的焊點(diǎn)缺陷。學(xué)習(xí)焊接實(shí)際、了解焊接過(guò)程，是為了從根本上采

2、取措施，提高電子銜接的可靠性。運(yùn)用焊接實(shí)際指點(diǎn)消費(fèi)實(shí)際， 掌握正確的工藝方法，提高無(wú)鉛焊接質(zhì)量。 .一錫焊機(jī)理與焊點(diǎn)可靠性分析 1. 概述 2. 錫焊機(jī)理 3. 焊點(diǎn)強(qiáng)度和銜接可靠性分析 4. 關(guān)于無(wú)鉛焊接機(jī)理. 產(chǎn)生電子信號(hào)或功率的流動(dòng) 產(chǎn)活力械銜接強(qiáng)度焊縫 焊點(diǎn)要求焊接后在焊料與被焊金屬界面生成金屬間合金層焊縫.(一) 概述 熔焊焊接種類 壓焊 釬焊釬焊壓焊熔焊超聲壓焊金絲球焊激光焊.電子裝配的中心銜接技術(shù)：焊接技術(shù)焊接技術(shù)的重要性 焊點(diǎn)是元器件與印制電路板電氣銜接和機(jī)械銜接的銜接點(diǎn)。焊點(diǎn)的構(gòu)造和強(qiáng)度就決議了電子產(chǎn)品的性能和可靠性。.焊接方法釬焊技術(shù)手工烙鐵焊接浸焊波峰焊再流焊.軟釬焊 焊

3、接學(xué)中，把焊接溫度低于450的焊接稱為軟釬焊，所用焊料為軟釬焊料。 .軟釬焊特點(diǎn)釬料熔點(diǎn)低于焊件熔點(diǎn)。加熱到釬料熔化，潤(rùn)濕焊件。焊接過(guò)程焊件不熔化。焊接過(guò)程需求加焊劑。去除氧化層焊接過(guò)程可逆。解焊. 電子焊接是經(jīng)過(guò)熔融的焊料合金與兩個(gè)被焊接金屬外表之間生成金屬間合金層焊縫，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)被焊接金屬之間電氣與機(jī)械銜接的焊接技術(shù)。. 當(dāng)焊料被加熱到熔點(diǎn)以上，焊接金屬外表在助焊劑的活化作用下，對(duì)金屬外表的氧化層和污染物起到清洗作用，同時(shí)使金屬外表獲得足夠的激活能。熔融的焊料在經(jīng)過(guò)助焊劑凈化的金屬外表上進(jìn)展浸潤(rùn)、發(fā)生分散、溶解、冶金結(jié)合，在焊料和被焊接金屬外表之間生成金屬間結(jié)合層焊縫，冷卻后使焊料凝固，

4、構(gòu)成焊點(diǎn)。焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度與金屬間結(jié)合層的構(gòu)造和厚度有關(guān)。(二) 錫焊機(jī)理.錫焊過(guò)程焊接過(guò)程是焊接金屬外表、助焊劑、熔融焊料和空氣等之間相互作用的復(fù)雜過(guò)程外表清潔焊件加熱熔錫潤(rùn)濕分散結(jié)合層冷卻后構(gòu)成焊點(diǎn)物理學(xué)潤(rùn)濕、黏度、毛細(xì)管景象、熱傳導(dǎo)、分散、溶解化學(xué)助焊劑分解、氧化、復(fù)原、電極電位冶金學(xué)合金、合金層、金相、老化景象電學(xué)電阻、熱電動(dòng)勢(shì)資料力學(xué)強(qiáng)度拉力、剝離疲勞、應(yīng)力集中.焊接過(guò)程中焊接金屬外表母材，以Cu為例、助焊劑、熔融焊料之間相互作用1. 助焊劑與母材的反響1松香去除氧化膜2溶融鹽去除氧化膜3母材被溶蝕4助焊劑中的金屬鹽與母材進(jìn)展置換反響。2. 助焊劑與焊料的反響 復(fù)原反響、活化反響、氧化

5、。3. 焊料與母材的反響 潤(rùn)濕、分散、溶解、冶金結(jié)合，構(gòu)成結(jié)合層。.1. 助焊劑與母材的反響1松香去除氧化膜松香的主要成分是松香酸C19H29COOH，融點(diǎn)為74。170175呈活性反響，230250轉(zhuǎn)化為不活潑的焦松香酸，300以上無(wú)活性。松香酸和Cu2O、CuO反響生成松香酸銅。松香酸在常溫下和300以上不能和Cu2O、CuO起反響。4C19H29COOH + Cu2O 2Cu(OCOC19H29)2 + H2O 2C19H29COOH + CuO Cu(OCOC19H29)2 + H2O Cu暴露在空氣中氧化生成外表氧化膜低溫時(shí)生成暗紅色的Cu2O，高溫下生成黒色的CuO.2溶融鹽去除氧

6、化膜普通采用氯離子Cl-或氟離子F- ，使氧化膜生成氯化物或氟化物。2C17H35COOH + CuO Cu(OCOC17H35)2 + H2OCu2O + 2HCl CuCl2 + Cu + H2O 3母材被溶蝕活性強(qiáng)的助焊劑容易溶蝕母材。4助焊劑中的金屬鹽與母材進(jìn)展置換反響。.2. 助焊劑與焊料的反響1助焊劑中活性劑在加熱時(shí)能釋放出的HCl，與SnO起復(fù)原反響。SnO + HCl SnCl2 + Sn + H2O 2活性劑的活化反響產(chǎn)生激活能，減小界面張力，提高浸潤(rùn)性。3焊料氧化，產(chǎn)生錫渣。錫在固態(tài)時(shí)不易氧化，但在熔融形狀下極易氧化，主要生成黒色的SnO.3. 焊料與母材的反響潤(rùn)濕、分散、

7、溶解、冶金結(jié)合，構(gòu)成結(jié)合層。.錫焊機(jī)理1潤(rùn)濕2分散3溶解4冶金結(jié)合，構(gòu)成結(jié)合層.潤(rùn)濕角焊點(diǎn)的最正確潤(rùn)濕角 Cu-Pb/Sn 1545 當(dāng)=0時(shí)，完全潤(rùn)濕；當(dāng)=180時(shí)，完全不潤(rùn)濕；=焊料和母材之間的界面 與焊料外表切線之間的夾角分子運(yùn)動(dòng)1潤(rùn)濕液體在固體外表漫流的物理景象潤(rùn)濕是物質(zhì)固有的性質(zhì)潤(rùn)濕是焊接的首要條件.潤(rùn)濕力 Wa BSVCSLALV當(dāng)固、液、氣三相到達(dá)平衡時(shí)：BSV= CSL +ALV COS BSV：固體與氣體之間的界面張力 可以將BSV看作是液體在固體外表漫流的力潤(rùn)濕力：WaCSL ：固體與液體之間的界面張力ALV ：液體與氣體之間的界面張力 BSV與CSL的作用力都沿固體外表，

8、但方向相反。 設(shè)潤(rùn)濕力為Wa，其近似值： 將BSV代入式中S：固體L：液體V：氣體 ：潤(rùn)濕角L液體S固體Wa BSV+ ALV- CSLWa = CSL +ALV COS+ ALV- CSL Wa = ALV1 + COS 潤(rùn)濕力關(guān)系式V氣體從潤(rùn)濕力關(guān)式可以看出：潤(rùn)濕角越小，潤(rùn)濕力越大.分子運(yùn)動(dòng)潤(rùn)濕條件a液態(tài)焊料與母材之間有良好的親和力，能相互溶解。 互溶程度取決于：原子半徑和晶體類型。因此潤(rùn)濕是物質(zhì)固有的性質(zhì)。b液態(tài)焊料與母材外表清潔，無(wú)氧化層和其它污染物。 清潔的外表使焊料與母材原子嚴(yán)密接近，產(chǎn)生引力，稱為潤(rùn)濕力。 當(dāng)焊料與被焊金屬之間有氧化層和其它污染物時(shí)，妨礙金屬原子自在接近，不能產(chǎn)生

9、潤(rùn)濕作用。這是構(gòu)成虛焊的緣由之一。.分子運(yùn)動(dòng)外表張力 外表張力在不同相共同存在的體系中，由于相界面分子與體相內(nèi)分子之間作用力不同，導(dǎo)致相界面總是趨于最小的景象。 由于液體內(nèi)部分子遭到周圍分子的作用力是對(duì)稱的，作用彼此抵消，合力=0。但是液體外表分子遭到液體內(nèi)分子的引力大于大氣分子對(duì)它的引力，因此液體外表都有自動(dòng)縮成最小的趨勢(shì)。 熔融焊料在金屬外表也有外表張力景象。大氣大氣液體內(nèi)部分子受力合力=0液體外表分子受液體內(nèi)分子的引力大氣分子引力.分子運(yùn)動(dòng)外表張力與潤(rùn)濕力 熔融焊料在金屬外表潤(rùn)濕的程度除了與液態(tài)焊料與母材外表清潔程度有關(guān)，還與液態(tài)焊料的外表張力有關(guān)。 外表張力與潤(rùn)濕力的方向相反，不利于潤(rùn)

10、濕。 外表張力是物質(zhì)的本性，不能消除，但可以改動(dòng)。.分子運(yùn)動(dòng)外表張力在焊接中的作用 再流焊當(dāng)焊膏到達(dá)熔融溫度時(shí)，在平衡的外表張力的作用下，會(huì)產(chǎn)生自定位效應(yīng)self alignment。外表張力使再流焊工藝對(duì)貼裝精度要求比較寬松，比較容易實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化與高速度。同時(shí)也正由于“再流動(dòng)及“自定位效應(yīng)的特點(diǎn)，再流焊工藝對(duì)焊盤設(shè)計(jì)、元器件規(guī)范化有更嚴(yán)厲的要求。假設(shè)外表張力不平衡，焊接后會(huì)出現(xiàn)元件位置偏移、吊橋、橋接、等焊接缺陷。.波峰焊波峰焊時(shí)，由于外表張力與潤(rùn)濕力的方向相反，因此外表張力是不利于潤(rùn)濕的要素之一。SMD波峰焊時(shí)外表張力呵斥陰影效應(yīng). 熔交融金的粘度與外表張力是焊料的重要性能。 優(yōu)良的焊料

11、熔融時(shí)應(yīng)具有低的粘度和外表張力，以添加焊料的流動(dòng)性及被焊金屬之間的潤(rùn)濕性。 錫鉛合金的粘度和外表張力與合金的成分親密相關(guān)。配比（W%）表面張力(N/cm)粘度（mPas)SnPb20804.6710-32.7230704.710-32.4550504.7610-32.1963374.910-31.9780205.1410-31.92錫鉛合金配比與外表張力及粘度的關(guān)系280測(cè)試粘度與外表張力.分子運(yùn)動(dòng)焊接中降低外表張力和黏度的措施提高溫度升溫可以降低黏度和外表張力的作用。 升高溫度可以添加熔融焊料內(nèi)的分子間隔，減小焊料內(nèi)分子對(duì)外表分子的引力。適當(dāng)?shù)慕饘俸辖鸨壤齋n的外表張力很大，添加Pb可以降低

12、外表張力。63Sn/37Pb外表張力明顯減小。 表 mn/m 粘 面 度 張 540 力 520 500 T 480 10 20 30 40 50 Pb含量% 溫度對(duì)黏度的影響 250時(shí)Pb含量與外表張力的關(guān)系 .添加活性劑能有效地降低焊料的外表張力，還可以去掉焊料的外表氧化層。改善焊接環(huán)境采用氮?dú)饩S護(hù)焊接可以減少高溫氧化。提高潤(rùn)濕性.毛細(xì)管景象毛細(xì)管景象是液體在狹窄間隙中流動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的特性。將兩塊平行的金屬板或細(xì)管插入液體中，金屬板內(nèi)側(cè)與外側(cè)的液面高度將有所不同，假設(shè)液體可以潤(rùn)濕金屬板，那么內(nèi)側(cè)的液面將高于外側(cè)的液面，反之，金屬板內(nèi)側(cè)的液面將低于外側(cè)的液面。液體可以潤(rùn)濕金屬板液體不能潤(rùn)濕金

13、屬板在熔融焊料中也存在毛細(xì)管景象.毛細(xì)管景象在焊接中的作用在軟釬焊過(guò)程中，要獲得優(yōu)質(zhì)的釬焊接頭，需求液態(tài)釬料可以充分流入到兩個(gè)焊件的縫隙中。例如通孔元件在波峰焊、手工焊時(shí)，當(dāng)間隙適當(dāng)時(shí)，毛細(xì)作用可以促進(jìn)元件孔的“透錫。又例如再流焊時(shí)，毛細(xì)作用可以促進(jìn)元件焊端底面與PCB焊盤外表之間液態(tài)焊料的流動(dòng)。液態(tài)焊料在粗糙的金屬外表也存在毛細(xì)管景象，有利于液態(tài)焊料沿著粗糙凹凸不平的金屬外表鋪展、浸潤(rùn)，因此毛細(xì)管景象有利于焊接的 。.毛細(xì)作用液體在毛細(xì)管中上升高度的表達(dá)式 式中：H毛細(xì)管中液柱的高度液體焊料的外表張力液體焊料的密度g 重力加速度R 毛細(xì)管半徑 2H = gR從式中看出液體在毛細(xì)管中上升高度：

14、與外表張力成正比；與液體的密度、比重成反比；與毛細(xì)管直徑有關(guān)。. 金屬原子以結(jié)晶陳列，原子間作用力平衡，堅(jiān)持晶格的外形和穩(wěn)定。 當(dāng)金屬與金屬接觸時(shí)，界面上晶格紊亂導(dǎo)致部分原子從一個(gè)晶格點(diǎn)陣挪動(dòng)到另一個(gè)晶格點(diǎn)陣。分散條件：相互間隔金屬外表清潔，無(wú)氧化層和其它雜質(zhì)， 兩塊金屬原子間才會(huì)發(fā)生引力 溫度在一定溫度下金屬分子才具有動(dòng)能2分散四種分散方式：外表分散；晶內(nèi)分散； 晶界分散；選擇分散。分散的類型 原晶格 置換型 間隙型.PbSn外表分散向晶粒內(nèi)分散分割晶粒分散選擇分散外表分散、晶內(nèi)分散、晶界分散、選擇分散表示圖Cu外表熔融Sn/Pb焊料側(cè)晶粒.3溶解母材外表的Cu分子被熔融的液態(tài)焊料溶解或溶蝕

15、。. 金屬間結(jié)合層 Cu3Sn和Cu6Sn5金屬間結(jié)合層Cu3Sn和Cu6Sn5放大1,000倍的QFP引腳焊點(diǎn)橫截面圖以63Sn/37Pb焊料為例，共晶點(diǎn)為183 焊接后210-230生成金屬間結(jié)合層：Cu6Sn5和Cu3Sn4冶金結(jié)合，構(gòu)成結(jié)合層金屬間分散、溶解的結(jié)果最后冷卻凝固構(gòu)成焊點(diǎn).(三) 焊點(diǎn)強(qiáng)度和銜接可靠性分析評(píng)價(jià)焊點(diǎn)強(qiáng)度、銜接可靠性需求進(jìn)展可靠性實(shí)驗(yàn)焊點(diǎn)的強(qiáng)度、銜接可靠性主要包括兩方面內(nèi)容：機(jī)械可靠性和電氣化學(xué)可靠性。焊點(diǎn)的強(qiáng)度、銜接可靠性與釬縫的金相組織構(gòu)造、結(jié)合層的厚度有關(guān).可靠性實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容(a)機(jī)械可靠性實(shí)驗(yàn)：靜電損傷實(shí)驗(yàn)；疲勞實(shí)驗(yàn)熱疲勞、機(jī)械疲勞；沖擊實(shí)驗(yàn)跌落沖擊、

16、震動(dòng)沖擊。(b)電氣化學(xué)可靠性實(shí)驗(yàn)：電離子遷移；絕緣電阻；腐蝕實(shí)驗(yàn) 。.評(píng)價(jià)焊點(diǎn)可靠性實(shí)驗(yàn)的主要方法溫度循環(huán)；熱沖擊；高溫高濕儲(chǔ)存；潮熱；高壓鍋煮；跌落；振動(dòng)；三點(diǎn)、五點(diǎn)彎曲等。經(jīng)過(guò)可靠性實(shí)驗(yàn)后再進(jìn)展以下檢查和測(cè)試：外觀及外表檢查；焊點(diǎn)強(qiáng)度測(cè)試；最后還要做PCBA功能測(cè)試。染色實(shí)驗(yàn)；金相切片分析； 有關(guān)可靠性與可靠性檢測(cè)也是一門學(xué)科。.影響焊點(diǎn)強(qiáng)度和銜接可靠性的主要要素分析1釬縫的金相組織2金屬間結(jié)合層的厚度3焊接資料的質(zhì)量4焊料量5PCB設(shè)計(jì).1釬縫的金相組織a固溶體釬縫組織固溶體組織具有良好的強(qiáng)度和塑性，有利于焊點(diǎn)性能。b共晶體釬縫組織一方面是釬料本身含有大量的共晶體組織，另一方面釬料與固

17、體母材能構(gòu)成共晶體。c金屬間化合物釬縫組織冷凝時(shí)在界面析出金屬間化合物。除了溶解、分散構(gòu)成化合物外，也能夠由母材和釬料直接反響生成金屬間化合物。釬縫中過(guò)多的化合物對(duì)焊點(diǎn)的性能是不利的。由于金屬間化合物比較脆，與基板資料、焊盤、元器件焊端之間的熱膨脹系數(shù)差別很大，容易產(chǎn)生龜裂呵斥失效。. 當(dāng)溫度到達(dá)210-230時(shí)， Sn向Cu外表分散，而Pb不分散。初期生成的Sn-Cu合金為：Cu6Sn5相。其中Cu 的分量百分比含量約為40%。 隨著溫度升高和時(shí)間延伸， Cu 原子浸透溶解到Cu6Sn5 中，部分構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)镃u3Sn相， Cu 含量由40%添加到66%。當(dāng)溫度繼續(xù)升高和時(shí)間進(jìn)一步延伸， Sn

18、/Pb焊料中的Sn不斷向Cu外表分散，在焊料一側(cè)只留下Pb，構(gòu)成富Pb層。 Cu6Sn5和富Pb層之間的的界面結(jié)合力非常脆弱，當(dāng)遭到溫度、振動(dòng)等沖擊，就會(huì)在焊接界面處發(fā)生裂紋。從分散過(guò)程分析釬縫組織以63Sn/37Pb焊料與Cu外表焊接為例.釬縫(結(jié)合層)構(gòu)造表示圖Pb熔融Sn/Pb焊料側(cè)Cu焊端外表CuSnCu6Sn5Cu3Sn富Pb層釬縫中的反響是非平衡的，幾種反響經(jīng)常會(huì)在釬縫中同時(shí)發(fā)生釬縫主要有固溶體、共晶體和金屬間化合物的混合物組成.焊料直接與Cu生成的結(jié)合層紅色的箭指示的是 Cu3Sn .Cu6Sn5與Cu3Sn兩種金屬間化合物比較名稱分子式形成位置顏色結(jié)晶性質(zhì)相Cu6Sn5焊料潤(rùn)濕

19、到Cu時(shí)立即生成Sn與Cu之間的界面白色截面為6邊形實(shí)芯和中空管狀，還有一定量5邊形、三角形、較細(xì)的園形狀、在釬料與Cu界面處有扇狀、珊貝狀良性，強(qiáng)度較高相Cu3Sn溫度高、焊接時(shí)間長(zhǎng)引起Cu與Cu6Sn5之間灰色骨針狀惡性，強(qiáng)度差，脆性 CuCu3SnCu6Sn5富Pb層 Sn/Pb.拉伸力千lbl/in2*4m時(shí)，由于金屬間合金層太厚，使銜接處失去彈性，由于金屬間結(jié)合層的構(gòu)造疏松、發(fā)脆，也會(huì)使強(qiáng)度小。*厚度為0.5m時(shí)抗拉強(qiáng)度最正確；*0.54m時(shí)的抗拉強(qiáng)度可接受；*0.5m時(shí)，由于金屬間 合金層太薄，幾乎沒(méi)有強(qiáng)度； 金屬間結(jié)合層厚度m金屬間結(jié)合層厚度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系2金屬間結(jié)合層的厚度與

20、抗拉強(qiáng)度的關(guān)系Intermetallic Compounds 縮寫IMC.釬縫厚度厚度終究為多少最正確？焊接后必需生成結(jié)合層，此結(jié)合層由共晶體、固溶體、金屬間化合物的混合物組成。釬縫中不能夠沒(méi)有金屬間化合物，但不能太厚。由于金屬間化合物比較脆，與基板資料、焊盤、元器件焊端之間的熱膨脹系數(shù)差別很大，容易產(chǎn)生龜裂呵斥失效。 實(shí)際界有不同的說(shuō)法： 4m，5m，8m？業(yè)界有一點(diǎn)認(rèn)識(shí)非常一致：.金屬間結(jié)合層的質(zhì)量與厚度與以下要素有關(guān)：(a)焊料的合金成份和氧化程度 要求焊膏的合金組分盡量到達(dá)共晶或近共晶； 含氧量應(yīng)小于0.5%，最好控制在80ppm以下(b) 助焊劑質(zhì)量?jī)艋獗?，提高浸?rùn)性(c) 被焊接

21、金屬外表的氧化程度只需在凈化外表，才干發(fā)生分散反響(d) 焊接溫度和焊接時(shí)間. 焊點(diǎn)和元件受熱的熱量隨溫度和時(shí)間的添加而添加。 金屬間結(jié)合層的厚度與焊接溫度和時(shí)間成正比。 例如183以上，但沒(méi)有到達(dá)210230時(shí)在Cu和Sn之間的分散、溶解，不能生成足夠的金屬間結(jié)合層。只需在220 維持2秒鐘左右的條件下才干生成良性的結(jié)合層。但焊接溫度更高時(shí)，分散反響率就加速，就會(huì)生成過(guò)多的惡性金屬間結(jié)合層。焊點(diǎn)變得脆性而多孔。焊接熱量是溫度和時(shí)間的函數(shù)運(yùn)用焊接實(shí)際正確設(shè)置溫度曲線才干獲得最好焊點(diǎn)質(zhì)量。.Sn-Pb系焊料金相圖A-B-C線液相線A-D、C-E線固相線D-F、E-G線溶解度曲線D-B-E線共晶點(diǎn)

22、L區(qū)液體形狀L+、L+區(qū)二相混合形狀 +區(qū)凝固形狀3焊接資料的質(zhì)量有鉛、無(wú)鉛都應(yīng)選擇共晶或近共晶焊料合金最正確焊接溫度線液態(tài)固態(tài).4與焊料量有關(guān).5PCB設(shè)計(jì).(四) 關(guān)于無(wú)鉛焊接機(jī)理1目前運(yùn)用最多的無(wú)鉛焊料合金2關(guān)于Sn-Ag-Cu系焊料的最正確成分3IPC引薦的無(wú)鉛焊料4 PCB焊盤外表資料5元器件焊端外表鍍層資料6無(wú)鉛焊接機(jī)理.1目前運(yùn)用最多的無(wú)鉛焊料合金目前運(yùn)用最多的用于再流焊的無(wú)鉛焊料是三元共晶或近共晶方式的Sn-Ag-Cu焊料。Sn(34)wt%Ag(0.50.7)wt%Cu是可接受的范圍，其熔點(diǎn)為217左右。美國(guó)采用Sn3.9Agwt%0.6wt%Cu無(wú)鉛合金歐洲采用Sn3.8A

23、gwt%0.7wt%Cu無(wú)鉛合金日本采用Sn3. 0Agwt%0.5wt%Cu無(wú)鉛合金Sn-0.7Cu-Ni焊料合金用于波峰焊。其熔點(diǎn)為227。手工電烙鐵焊大多采用Sn-Cu、Sn-Ag或Sn-Ag-Cu焊料。.2關(guān)于Sn-Ag-Cu系焊料的最正確成分Sn-Ag-Cu系焊料的最正確成分，日、美、歐之間存在一些微小的差別，日本的無(wú)鉛實(shí)施在世界上處于領(lǐng)先位置，對(duì)無(wú)鉛焊料有很深化的研討，他們的研討闡明Sn-Ag-Cu焊料中Ag與Sn在221構(gòu)成共晶板狀的Ag3Sn合金，當(dāng)Ag含量超越3.2wt%以后出現(xiàn)過(guò)共晶成分板狀的Ag3Sn合金會(huì)粗大化，粗大的板狀A(yù)g3Sn較硬，拉伸強(qiáng)度降低，容易呵斥疲勞壽命降

24、低，他們的結(jié)論是：“在共晶點(diǎn)附近，成分不能向金屬間化合物方向偏移，因此選擇運(yùn)用低Ag的 Sn3Ag0.5Cu。.Sn-Ag-Cu無(wú)鉛焊料中Ag與Sn在221構(gòu)成共晶板狀的Ag3Sn合金 板狀的Ag 3Sn較硬，當(dāng)Ag含量超越3. 2wt%以后出現(xiàn)過(guò)共晶成分拉伸強(qiáng)度降低，容易呵斥疲勞壽命降低，因此引薦運(yùn)用低Ag的 Sn3Ag0.5Cu。結(jié)論：“在共晶點(diǎn)附近，成分不能向金屬間化合物方向偏移.3IPC引薦的無(wú)鉛焊料：Ag含量為3.0wt%的Sn-Ag-Cu焊料由于Sn95.8Ag3.5Cu0.7無(wú)鉛焊料美國(guó)曾經(jīng)有了專利權(quán)；另外由于Ag含量為3.0wt%的焊料沒(méi)有專利權(quán)；價(jià)錢相對(duì)較廉價(jià)；焊點(diǎn)質(zhì)量較好。

25、因此IPC引薦采用Ag含量為3.0wt%分量百分比的Sn-Ag-Cu焊料。.合金成分熔點(diǎn)（ ）Sn-37Pb（傳統(tǒng)）183Sn-58Bi138Sn-20In-2.8Ag179-189Sn-10Bi-5Zn168-190Sn-8.8Zn198.5Sn-3.5Ag-4.8Bi205-210Sn-7.5Bi-2Ag-0.5Cu213-218Sn95.8Ag3.5Cu0.7217-218Sn-3.5Ag-1.5In218Sn96.5Ag3.0Cu0.5216-220Sn-3.5Ag221Sn-2Ag221-226Sn-0.7Cu-Ni(用于波峰焊)227Sn-5Sb232-240無(wú)鉛焊料合金的熔點(diǎn)舉例

26、.Sn63Pb37與SnAg3.8Cu0.7性能比較合金成分密度g/mm2熔點(diǎn)膨脹系數(shù)10-6熱傳導(dǎo)率Wm-1K-1電導(dǎo)率%IACS電阻系數(shù)M-cm表面張力260mNm-1Sn63Pb378.518323.95011.515481SnAg3.8Cu0.77.521723.573.215.611548.繼續(xù)攻克研討更理想的無(wú)鉛焊料 雖然Sn基無(wú)鉛合金曾經(jīng)被較廣泛的運(yùn)用，但與Sn63Pb37共晶焊料相比較依然有以下問(wèn)題： 熔點(diǎn)高34 外表張力大、潤(rùn)濕性差 價(jià)錢高但I(xiàn)PC以為：無(wú)鉛焊料的種類不能很多，要單一規(guī)范化，否那么對(duì)元件、對(duì)可靠性會(huì)有很大影響。IPC-A-610D就是以Sn -Ag Cu焊料做

27、的規(guī)范。.用低Ag的Sn-Ag-Cu替代目前廣泛運(yùn)用于波峰焊的Sn3Ag0.5Cu焊料有了突破深圳億鋮達(dá)公司推出的M0507(Sn-0.5Ag-0.7Cu)本錢約占Sn-3.0Ag-0.5Cu本錢的6575%熔化溫度為217227，性能與SAC305和Sn-0.7Cu合金相差不大。M0507的潤(rùn)濕性、缺陷率均明顯優(yōu)于Sn-0.7Cu與Sn-Cu-Ni，略低于Sn-3.0Ag-0.5Cu。通孔元件焊點(diǎn)拉脫強(qiáng)度約為70牛頓，介于Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn63-Pb37之間；片式電阻焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度及QFP封裝外引線焊點(diǎn)拉脫強(qiáng)度數(shù)據(jù)優(yōu)于Sn-3.0Ag-0.5Cu和Sn-Cu-Ni。 .另一家焊

28、料供應(yīng)商Indium公司最近新開(kāi)發(fā)出一種改良的Sn-Ag-Cu合金，在Sn-1.0Ag-0.5Cu的根底上摻雜了其它元素，該摻雜物可以有效添加合金的展延性和柔軟性。 據(jù)悉，不斷推行運(yùn)用Sn-3.0Ag-0.5Cu無(wú)鉛焊料的日本廠家也曾經(jīng)開(kāi)場(chǎng)認(rèn)識(shí)到：在錫條、錫線領(lǐng)域中采用高銀的做法是嚴(yán)重的浪費(fèi)。日本方面為此成立了一個(gè)專門委員會(huì)進(jìn)展討論，其目的就是研制低Ag含量的Sn-Ag-Cu合金。.4 PCB焊盤外表資料有鉛無(wú)鉛Sn/Pb熱風(fēng)整平（HASL）無(wú)鉛HASLNi/Au（化學(xué)鍍Ni和浸鍍金ENIG ， 俗稱水金板）Ni/AuCu表面涂覆OSPCu表面涂覆OSP浸銀（IAg）浸銀（IAg）浸錫（ISn

29、）.5元器件焊端外表鍍層資料有引線元件引線材料有引線元器件焊端表面鍍層材料無(wú)引線元器件焊端表面鍍層材料有鉛無(wú)鉛有鉛無(wú)鉛CuSn/PbSnSn/PbSnNiNi /AuNi42號(hào)合金鋼Ni/Pd/AuNi/Pd/AuSn/AgSn/AgSn/Ag/CuSn/Ag/CuSn/Ag/BiSn/Ag/Bi. 6無(wú)鉛焊接機(jī)理無(wú)鉛焊接過(guò)程、原理與63Sn-37Pb根本是一樣的。主要區(qū)別是由于合金成分和助焊劑成分改動(dòng)了，因此焊接溫度、生成的金屬間結(jié)合層及其結(jié)合層的構(gòu)造、強(qiáng)度、可靠性也不同了。何況有鉛焊接時(shí)Pb是不分散的， Pb在焊縫中只起到填充作用。另外，無(wú)鉛焊料中Sn的含量到達(dá)95%以上。金屬間結(jié)合層的主

30、要成分還是Cu6Sn5和Cu3Sn 。當(dāng)然也不能忽視次要元素也會(huì)產(chǎn)生一定的作用。(a)以Sn-Ag-Cu焊料與Cu外表焊接為例.Sn-Ag-Cu系統(tǒng)中Sn與次要元素Ag和Cu之間的冶金反響在Sn-Ag-Cu三個(gè)元素之間有三種能夠的二元共晶反響：Ag與Sn在221構(gòu)成錫基質(zhì)相位的共晶構(gòu)造和金屬之間的化合相位(Ag3Sn)。Cu與Sn在227構(gòu)成錫基質(zhì)相位的共晶構(gòu)造和金屬間的化合相位(Cu6Sn5)。Ag與Cu在779構(gòu)成富Ag 相和富Cu 相共晶合金。但在Sn-Ag-Cu的三種合金固化溫度的丈量研討中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)779相位轉(zhuǎn)變。在溫度動(dòng)力學(xué)上解釋：更適于Ag或Cu與Sn反響，生成Ag3Sn和Cu6S

31、n5 。.Sn-Ag-Cu三元合金相圖液態(tài)時(shí)的成分：LSn+Cu6Sn5+Ag3Sn在平衡形狀凝固的結(jié)晶是很規(guī)那么的外形冷卻速度無(wú)限慢時(shí)實(shí)踐消費(fèi)條件下是非平衡形狀凝固的結(jié)晶CuCu3SnCu6Sn5Sn-Ag-CuSn-Ag-Cu與Cu焊接釬縫組織空洞.Sn-Ag-Cu合金凝固特性導(dǎo)致無(wú)鉛焊點(diǎn)顆粒狀外觀粗糙非平衡形狀凝固：Sn先結(jié)晶，以枝晶狀樹(shù)狀出現(xiàn)，中間夾Cu6Sn5和Ag3Sn。Sn-Ag-Cu結(jié)晶組織Sn-Pb37共晶組織 Sn-Pb結(jié)晶彼此都能在某種程度上固溶對(duì)方的元素。結(jié)晶的外形比較規(guī)那么，因此外觀比較光滑 .Sn-Cu合金二元相圖Sn-Cu的液相線 斜率大(比Sn/Pb大十幾倍)，

32、液相溫度對(duì)成分很敏感。因此少量成分變化，就會(huì)使熔點(diǎn)偏移，呵斥焊接溫度的變化。熔點(diǎn)隨成分變化而變化波峰焊時(shí)隨著Cu不斷添加，熔點(diǎn)也不斷提高。液態(tài)固態(tài)最正確焊接溫度線Sn-Pb系焊料金相圖(b)Sn-Cu系焊料合金.(c) Sn系焊料與Ni/AuENIG焊接時(shí)的釬縫組織 Sn系焊料(Au,Ni)Sn4Ni3Sn4NiNi-Sn化合物比較穩(wěn)定，銜接強(qiáng)度較好。但是Au能與焊料中的Sn構(gòu)成Au-Sn間共價(jià)化合物AuSn2、AuSn、AuSn4，在焊點(diǎn)中金的含量超越3%會(huì)使焊點(diǎn)變脆，過(guò)多的Au原子替代Ni原子，由于太多的Au溶解到焊點(diǎn)里無(wú)論是Sn-Pb還是Sn-Ag-Cu都將引起“金脆。所以一定要限定Au

33、層的厚度，用于焊接的Au層厚度1m (普通控制在0.10.3m) 。Sn與Ni焊接時(shí)生成Ni3Sn、Ni3Sn4、Ni3Sn2實(shí)踐在焊接界面看不到Ni3Sn.關(guān)于“黒焊盤問(wèn)題(Black Pads in ENIG finishes)黒焊盤是PCB制造廠的問(wèn)題，有鉛焊接也存在這個(gè)問(wèn)題。黒焊盤處用手指一推，元件就會(huì)掉下來(lái)。產(chǎn)生緣由： (a) Au鍍層和鎳鍍層構(gòu)造不夠致密，空氣中的水份容易進(jìn)入, Ni 被氧化。(b) Ni鍍層磷含量偏高或偏低. (c)鍍鎳后沒(méi)有將酸性鍍液清洗干凈,長(zhǎng)時(shí)間 Ni被酸腐蝕。 (d)作為可焊性維護(hù)性涂覆層的Au鍍層在焊接時(shí)會(huì)完全溶蝕到焊料中，而被氧化或腐蝕的Ni鍍層由于可

34、焊性差不能與焊料構(gòu)成良好的金屬間合金層，最終導(dǎo)致虛焊、或焊點(diǎn)強(qiáng)度缺乏使元件從PCB上零落。.(d) Sn系焊料與42號(hào)合金鋼(Fe-42Ni)焊接時(shí)的釬縫組織Sn系合金與Fe-42Ni界面反響與Cu相比速度比較慢。主要反響：Fe-42Ni中的Ni向Sn中溶解，凝固時(shí)結(jié)晶出板狀的Ni3Sn4；剩余的Fe和殘留的Ni在界面發(fā)生反響生成(Fe,Ni)Sn2 ，大多構(gòu)成FeSn2 ； 42號(hào)合金鋼與Sn系合金普通能構(gòu)成良好的界面，但參與Bi會(huì)發(fā)生界面偏析，因此銜接強(qiáng)度明顯降低。.(e)各種合金元素與不同金屬電極焊接后在界面構(gòu)成的化合物 電極（元件焊端PCB焊盤）焊料合金元素SnPbInAgBiZnSb

35、CuCu6Sn5Cu3SnCu9In4（CuIn2）（Cu4In3）Cu5 Zn8CuZnCu4SbCu2SbAu（Au6Sn）AuSn2AuSnAuSn4Au2PbAuPb2Au9InAu3InAuInAuIn2Au2BiAu3ZnAuZnAuZn3AuSb2NiNi3SnNi3Sn4Ni3Sn2Ni3InNiInNi2In3Ni3In7NiBiNiBi3NiZnNiZn3Ni5Zn21NiZn8Ni13Sb4Ni5Sb2NiSbNiSb2FeFeSnFeSn24種FexZnyFeSb2Fe3Sb2AgAg3Sn（Ag6Sn）Ag3InAgIn2Ag2InAgZnAg5Zn8- AgxZny

36、Ag3SbAlAg3AlAg2AlAlSb注：粗紅體字：表示曾經(jīng)在Sn系合金中發(fā)現(xiàn)的化合物； ：從金相圖判別為不構(gòu)成化合物的系 x、y：表示不定比化合物.無(wú)鉛焊接必需留意資料的兼容性從Sn-Ag-Cu焊料與Cu； Sn合金與Ni/AuENIG； Sn系焊料與42號(hào)合金鋼的界面反響和釬縫組織可看出：不同的焊料合金，甚至同一種焊料合金與不同的金屬焊接時(shí)的界面反響和釬縫組織都不一樣，它們的可靠性也不一樣。由于電子元器件的種類非常多，當(dāng)前正處于過(guò)渡時(shí)期，特別是元件焊端的鍍層很復(fù)雜，能夠會(huì)存在某些元件焊端與焊料的失配景象，呵斥可靠性問(wèn)題。因此一定要仔細(xì)選擇并管理元件。另外，選擇 焊料和PCB鍍/涂資料同

37、樣非常重要。.總結(jié)理想的界面組織獲得理想的界面組織有許多條件 .理想的界面組織希望得到微細(xì)強(qiáng)化的共晶體結(jié)晶顆粒和固溶體組織，希望界面處有一層薄而平坦的結(jié)合層(0.55m)，盡量減少釬縫中出現(xiàn)化合物層。無(wú)鉛焊接時(shí)希望得到偏析較小的焊錫組織。.怎樣獲得理想的界面組織 a釬料成分和母材的互溶程度b溫度和時(shí)間c液態(tài)焊料與母材外表清潔，無(wú)氧化層和其它污染物。d外表活性物質(zhì)助焊劑的影響e環(huán)境氣氛f(shuō)由于無(wú)鉛焊接溫度高，特別要求PCB資料Z軸方向膨脹系數(shù)小，可以堅(jiān)持一個(gè)平坦的反響層界面，否那么在有偏析的情況下，假設(shè)PCB有應(yīng)力變形，很容易呵斥焊點(diǎn)剝離。以上條件中，當(dāng)其它條件都一定的情況下，影響結(jié)合層釬縫厚度以

38、及金屬間化合物的成分和比例的主要要素是溫度和時(shí)間。溫度過(guò)低不能構(gòu)成結(jié)合層或結(jié)合層太薄，溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，化合物層會(huì)增厚，因此正確設(shè)置溫度曲線就非常重要了。.影響焊接質(zhì)量的主要要素(1) PCB設(shè)計(jì)(2) 焊料的質(zhì)量：合金成份及其氧化程度 無(wú)論有鉛、無(wú)鉛都應(yīng)選擇共晶或近共晶焊料合金(3) 助焊劑質(zhì)量(4) 被焊接金屬外表的氧化程度元件焊端、PCB焊盤 (5) 工藝：印、貼、焊正確的 溫度曲線(6) 設(shè)備(7) 管理.二運(yùn)用焊接實(shí)際正確設(shè)置無(wú)鉛再流焊溫度曲線1從再流焊溫度曲線分析無(wú)鉛焊接的特點(diǎn)2以焊接實(shí)際為指點(diǎn)分析再流焊的焊接機(jī)理3運(yùn)用焊接實(shí)際正確設(shè)置無(wú)鉛再流焊溫度曲線.無(wú)鉛焊接的特點(diǎn)高溫工藝窗

39、口小潤(rùn)濕性差如何設(shè)置最正確的溫度曲線，既保證焊點(diǎn)質(zhì)量，又保證不損壞元器件和PCB，就是無(wú)鉛回流焊接技術(shù)要處理的根本的問(wèn)題.1從再流焊溫度曲線分析無(wú)鉛焊接的特點(diǎn) 2以焊接實(shí)際為指點(diǎn)分析再流焊的焊接機(jī)理. 63Sn-37Pb鉛錫焊膏再流焊溫度曲線 .Sn-Ag-Cu無(wú)鉛焊接再流焊溫度曲線.有鉛、無(wú)鉛再流焊溫度曲線比較焊膏類型鉛錫焊膏（63Sn37Pb）無(wú)鉛焊膏（Sn -Ag -Cu）升溫區(qū)溫度2510025110時(shí)間6090 sec90120 sec工藝窗口要求緩慢升溫預(yù)熱區(qū)溫度100150110180時(shí)間6090 sec90120 sec助焊劑浸潤(rùn)區(qū)(快速升溫區(qū))溫度150183180220時(shí)間

40、1060 sec1241 sec工藝窗口50 sec29 sec升溫斜率0.553.2/sec1.24/sec回流(焊接區(qū))峰值溫度210230235245PCB極限溫度（FR-4）240240工藝窗口240-210= 30240-235= 5回流時(shí)間6090 sec5060 sec工藝窗口30 sec10 sec.3運(yùn)用焊接實(shí)際正確設(shè)置無(wú)鉛再流焊溫度曲線(結(jié)合Sn-Ag-Cu無(wú)鉛焊接再流焊溫度曲線) 升溫區(qū)和預(yù)熱區(qū)有鉛焊接升溫區(qū)從室溫25升到100需求6090s，預(yù)熱區(qū)從100150需求6090s；而無(wú)鉛焊接從升溫區(qū)從室溫25升到110需求90120s，預(yù)熱區(qū)從110180需求90120s，

41、多層板、大尺寸板及有大熱容量元器件的復(fù)雜印制電路板，為了使整個(gè)PCB溫度均勻，減小PCB及大小元器件的溫差t，無(wú)鉛焊接需求緩慢升溫暖充分預(yù)熱。.在實(shí)踐回流焊中，在同一塊PCB上，特別是大尺寸、復(fù)雜的多層板，由于不同位置銅的分布面積不同，不同位置上元器件的大小、元器件的密集程度不同，因此PCB外表的溫度是不均勻的?；亓骱笗r(shí)假設(shè)PCB某處最小峰值溫度為235，最大峰值溫度取決于板面的溫差t，它取決于板的尺寸、厚度、層數(shù)、元件規(guī)劃、Cu的分布以及元件尺寸和熱容量。擁有大而復(fù)雜元件如CBGA、CCGA等的大、厚印制板，典型t高達(dá)2025。緩慢升溫暖充分預(yù)熱可以減少PCB外表的t. 150217/507

42、0sec助焊劑浸潤(rùn)區(qū)快速升溫區(qū)此階段的作用是清潔焊件外表的氧化膜及污物有鉛焊接從150升到183，升溫33，可允許在3060 sec之間完成，其升溫速率為0.551/sec；而無(wú)鉛焊接從180升到217，升溫37，只允許在1241s之間完成，升溫速率為0.81.1/s，無(wú)鉛焊接要求助焊劑浸潤(rùn)區(qū)的升溫速率比有鉛高30%以上。 另外由于無(wú)鉛比有鉛的熔點(diǎn)高34，溫度越高升溫越困難， 假設(shè)升溫速率提不上去，長(zhǎng)時(shí)間處在高溫下會(huì)使焊膏中助焊劑提早終了活化反響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使PCB焊盤，元件引腳和焊膏中的焊料合金在高溫下重新氧化而呵斥焊接不良，因此要求助焊劑浸潤(rùn)區(qū)有更高的升溫斜率。.正確控制助焊劑浸潤(rùn)區(qū)的溫度和

43、時(shí)間對(duì)提高焊點(diǎn)質(zhì)量具有重要意義釬焊焊接只能在清潔的金屬外表進(jìn)展。此階段的作用是清理焊件的被焊界面，把界面的氧化膜及附著的污物去除干凈。助焊劑浸潤(rùn)區(qū)的溫度和時(shí)間是根據(jù)焊膏中助焊劑的活化溫度來(lái)確定的。在助焊劑浸潤(rùn)區(qū)要求助焊劑在完成對(duì)焊件金屬外表焊盤和元件焊端氧化層清洗的前提下，還要堅(jiān)持一定的活性，使助焊劑對(duì)熔融的焊料產(chǎn)生去氧化、降低液態(tài)焊料的粘度和外表張力、添加流動(dòng)性、提高浸潤(rùn)性，使釬料熔化時(shí)就能迅速鋪展開(kāi)。因此要求助焊劑的活性溫度范圍覆蓋整個(gè)釬焊溫度。其次是助焊劑與釬料的流動(dòng)、鋪展進(jìn)程要協(xié)調(diào)。使釬料的熔化與助焊劑的活性高潮堅(jiān)持同步。普通要求助焊劑的熔化活性化溫度在焊料合金熔點(diǎn)前56s。. 回流區(qū)從Sn-Ag-Cu焊料熔融溫度217到焊料凝固溫度217為回流區(qū)，即流動(dòng)的液相區(qū)。液相區(qū)的時(shí)間要控制在5060sec以內(nèi)，其峰值溫度為235245。峰值區(qū)是分散、溶解、冶