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波峰焊技术资料

波峰焊锡液润湿线路板元件过程

发布时间:2018-08-03  资讯来源:

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为了能进行波峰焊接,波峰焊接材料必须加热至熔融状态,然后熔融焊料会润湿基底金属及部品端子的表面。锡液润湿铜箔及部品端子的过程伴随着一些物理及化学反应,包括基底金属的溶解、金属间化合物的形成等。这些因素对焊点的强度及可靠性存在着很大的影响,在此作一些简单先容:

波峰焊工艺流程

波峰焊工艺流程


因在金属基板上融熔波峰焊料的流动不足以形成冶金的键合,而牢固波峰焊点的形成.必须在界面处进行原子级别的混合,即形成共价键。这种共价键的形成是以基底金属(铜箔)以微弱的程度(显微级:<100um)熔解入焊料中来实现的。由于波峰焊接工艺中存在材料因素的限制(部品耐热温度及时间的局限)以及涉及到生产效率等因素的考虑。导致出现波峰焊接温度低、时间短的现象。这就要求基底金属具有能容易和快速溶入焊料的特点。(对于锡-铅系统焊料,铜、银、锡等基底金属或金属涂层能满足这些要求。)

基底金属在焊料里的溶解程度与焊接时间和焊接温度有关。随着时间和温度的增加,熔解在波峰焊料中的基底金属溶解量就会增加,虽然基底金属的溶解率是形成冶金键合的要素,但太快的溶解会导致严重的浸蚀现象,从而损伤冶金键合。另外,这种溶解及混合现象会引起焊料成分的变化,从而改变焊接质量。(目前部份温度曲线打印标本在多次打印后出现焊点脱落的现象便是因为浸蚀原因所致,如果这种浸蚀现象经常存在,焊料的成份改变将成必然,因此希大家对波峰焊锡成分的管制工作需高度重视。)

波峰焊接的过程不仅仅是基底金属在熔融焊料里的物理溶解,也进行着基底金属与波峰焊料成份间的化学反应,这种反应结果是在波峰焊料和基底金属之间形成金属化合物(焊料与基板金属之间的过渡层)。金属间化合物的形成在焊接过程中有如下影响:

1、金属间化合物具有良好的热力学因素(导热性能好、结合强度高、成分差异小。),可以增强焊料在基底金属的润湿。因为不同物质的表面能量不平衡导致的能量释放,使物质间的接触表面自然出现能量传递的现象,这有利于波峰焊料的延展。因此,润湿性随着金属间化合物的形成率的增加而增加。波峰焊接时,金属间化合物的形成率是时间、温度的函数,也与波峰焊料的成份存在着相互的影响,因为不同成分的焊料存在熔点、金属活动性方面的差异。

2、以63Sn37Pb为主形成的共晶焊料的熔点为183℃,然而波峰焊接过程中形成的金属化合物因为其他成分的混入破坏了原有的共晶特性,造成金属间化合物的熔解温度剧烈上升,这个温度比焊接工艺中的焊接温度高出许多,因此这些金属化合物在焊接过程中将保持固体状态。(在熔融焊料和固体金属之间,金属间化合物的形成为连续的,通常有铅焊接金属层分布 60Sn/40Pb→Cu6Sn5→Cu3Sn→Cu。) 于是金属间化合物形成后,降低了原子通过金属间化合物层的扩散速度,从而可以减缓基底金属融入焊料的溶解率。

因金属化合物的构成在波峰焊接工艺中增强了润湿.但形成的金属间化合物的可焊性要比基底金属差,这一点在一次波峰焊浸锡过程中不会有太大影响,因在此过程中这些化合物刚处于形成阶段。但处于返工修理时这种不良现象将会造成影响,因为铜的润湿性要比Cu3Sn好; Cu3Sn的润湿性比Cu6Sn5好一些。然而在贮存后,这两种化合物的润湿性比起铜来会退化许多,金属间化合物在形成过程中的固体游离状态,使其在表面涂锡层没有受到破损的情况下,内部氧化现象同样存在。因此,即使表面涂层在焊接中熔化后,仍然会出现润湿困难的现象。所以,会出现浸锡后存放一段时间之后的产品焊接不易实现的现象。

通过上面的分析,大家应该明线路板焊盘上白未焊锡发生的真正原因是由于波峰焊锡液未润湿焊盘并形成金属间化合物所致。
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