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焊接原理与焊点可靠性分析 顾霭云 一. 概述 二. 锡焊机理 三. 焊点可靠性分析 四. 焊接质量 五. 焊接质量控制方法 六. 影响SMT组装质量的关键工序 七. 锡铅焊料特性 一. 概述 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。（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。 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 焊接过程中焊接金属表面（母材）、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）母材被熔融——活性强的助焊剂容易熔融母材。 （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 润湿角θ （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。 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。 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。 再流焊——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（self alignment）。表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流动”及“自定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。 波峰焊——波峰焊时，由于表面张力与润湿力的方向相反，因此表面张力是不利于润湿的因素之一。 ? 熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。 ? 优良的焊料熔融时应具有低的粘度和表面张力，以增加焊料的流动性及被焊金属之间的润湿性。 ? 锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关。 ①提高温度——升温可以降低黏度和表面张力的作用。 升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内分子对表面分子的引力。 ②适当的金属合金比例——Sn的表面张力很大，增加Pb可以降低表面张力。63Sn/37Pb表面张力明显减小。 ③增加活性剂——能有效地降低焊料的表面张力，还可以去掉焊料的表面氧化层。 ④改善焊接环境——采用氮气保护焊接可以减少高温氧化。提高润湿性 表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图 （3）溶解 母材表面的Cu分子被熔融焊料融蚀 关于无铅焊接原理 无铅焊接过程、原理与有铅是一样的。 主要区别是由于合金成分和助焊剂成分改变了，因此焊接温度、生成的金属间结合层及其结合层的结构、强度、可靠性也不同了。 何况有铅焊接时Pb是不扩散的， Pb在焊缝中只起到填充作用。另外，无铅焊料中Sn的含量达到95%以上。金属间结合层的主要成分还是Cu6Sn5