【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過程。焊料合金本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)基本都是穩(wěn)定的，那么，它與其他金屬或其他合金在極短的時(shí)間內(nèi)重新熔合，并形成新的合金結(jié)構(gòu)就不是那么容易的事情，目前，傳統(tǒng)的焊料合金為Sn63/Pb37，它與其他很多金屬或合金都能夠重新熔合并形成新的合金，如銅、鋁、鎳、鋅、銀、金等，特別是金屬銅極易與錫鉛合金焊料熔合，但是當(dāng)這些金屬被空氣或其他物質(zhì)所氧化或反應(yīng)時(shí)，在這些金屬物的表面會(huì)形成一個(gè)氧化層，雖然錫鉛焊料與這些金屬本身較易形成合金結(jié)構(gòu)，但與這些物質(zhì)的氧化物或化合物形成新的焊點(diǎn)接頭，重新熔合的機(jī)會(huì)就非常低。幾乎所有的焊接材料設(shè)計(jì)者在論證焊料的可焊性時(shí)，都是將焊接材質(zhì)及工藝環(huán)境設(shè)定在理想狀態(tài)，而所有的理想狀態(tài)在實(shí)際工藝過程中幾乎是不存在的，就線路板、元器件、或其他被焊接材質(zhì)的制造與儲(chǔ)存、運(yùn)送、再生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)而言，各種焊接材質(zhì)表面被氧化的可能性都是100%存在的。因此，焊接前對(duì)被焊接材質(zhì)表面氧化層的處理就顯得格外關(guān)鍵，而助焊劑“去除氧化物”的過程，其實(shí)就是一個(gè)氧化還原的過程，助焊劑中的活性劑通常是各種有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽類物質(zhì)，至少有一、兩種酸或酸鹽，通常由多種酸及酸鹽復(fù)配來用。在氧化還原反應(yīng)的過程中，反應(yīng)進(jìn)行的“速度”及反應(yīng)“能力”是人們比較關(guān)注的問題，這兩個(gè)是內(nèi)在的問題，其外部表現(xiàn)就是通常人們所講的“焊接速度”與“焊接能力”，在材質(zhì)、工藝等情況既定的情況下，對(duì)不同活性助焊劑的選擇就顯得很重要：活性較弱或活性太弱的焊劑焊接速度或焊接能力相對(duì)較差，活性較強(qiáng)的助焊劑去除氧化膜的能力較強(qiáng)、上錫速度較快，但如果焊劑中活性劑太多、太強(qiáng)或整體結(jié)構(gòu)配伍不好時(shí)，很可能會(huì)導(dǎo)致焊后有活性物質(zhì)殘留，這時(shí)就存在焊后繼續(xù)腐蝕的可能性，對(duì)產(chǎn)品的安全性能造成了相當(dāng)隱患。在焊接過程中，焊料基本處于液體狀態(tài)，而元件管腳或焊盤則為固體狀態(tài)，當(dāng)兩種物質(zhì)接觸時(shí)，因液態(tài)物質(zhì)表面張力的作用，會(huì)直接造成兩種物質(zhì)接觸界面的減小，我們對(duì)這種現(xiàn)象的表面概括是“錫液流動(dòng)性差”或“擴(kuò)展率小”，這種現(xiàn)象的存在影響合金形成的面積、體積或形狀。這時(shí)需要的是助焊劑中“表面活性劑”的作用，“表面活性劑”通常指在極低的濃度下，就能夠顯著降低其他物質(zhì)表面張力的一種物質(zhì)，它的分子兩端有兩個(gè)集團(tuán)結(jié)構(gòu)，一端親水憎油另一端親油憎水，通過其外部表現(xiàn)可以看到，它由溶劑可溶性和溶劑不溶性兩部分組成，這兩個(gè)部分正處于分子的兩端，形成一種并不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，它只所以能夠顯著降低表面張力的作用正是由這種特殊結(jié)構(gòu)所決定的。助焊劑中表面活性劑的添加量很小，但作用卻很關(guān)鍵，降低“被焊接材質(zhì)表面張力”，所表現(xiàn)出來的就是一種強(qiáng)效的潤(rùn)濕作用，它能夠確保錫液在被焊接物表面順利擴(kuò)展、流動(dòng)、浸潤(rùn)等。通常焊點(diǎn)成球、假焊、拉尖等類似不良狀況均與表面活性不夠有一定關(guān)系，而這種原因不一定是焊劑“表面活性劑”添加量太少，也有可能是在生產(chǎn)工藝過程中造成了其成分分解、失效等，從而大大減弱表面活性作用。從助焊劑的有害作用來說就是腐蝕性。常用助焊劑的一些基本要求，具一定的化學(xué)活性；具有良好的熱穩(wěn)定性（保證在較高的焊錫溫度下不分解、失效）；具有良好的潤(rùn)濕性、對(duì)焊料的擴(kuò)展具有促進(jìn)作用（保證較好的焊接效果）；留存于基板的焊劑殘?jiān)瑢?duì)焊后材質(zhì)無腐蝕性（基于安全性能考慮，水清洗類或明示為清洗型焊劑應(yīng)考慮在延緩清洗的過程中有較低的腐蝕性，或保證較長(zhǎng)延緩期內(nèi)的腐蝕性是較弱的）；需具備良好的清洗性；各類型焊劑應(yīng)基本達(dá)到或超過相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)或其他標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相關(guān)焊劑一些基本參數(shù)的規(guī)范要求；焊劑的基本組份應(yīng)對(duì)人體或環(huán)境無明顯公害，或已知的潛在危害。所以，對(duì)于可焊性測(cè)試要求使用水溶性的非活性助焊劑，如果使用高活性的助焊劑，將無法有效檢測(cè)出產(chǎn)品的可焊接性能，在用非活性助焊劑無法進(jìn)行焊接情況下，才允許用高活性的助焊劑。必需指出的是，活性助焊劑不一定能表示其在生產(chǎn)中的實(shí)用性，也不能保證其殘留物的腐蝕性【19】。因此，是在試驗(yàn)中使用非活性助焊劑是完全必要的。非活性助焊劑一般由按質(zhì)量計(jì)25%的松香和75%的異丙醇或乙醇組成，只有當(dāng)非活性助焊劑不適用時(shí)才能添加二乙基的氯化銨，%，來提高助焊劑的活性。 焊料的使用焊料按環(huán)保分類，包括有鉛焊料和無鉛焊料。目前常用的無鉛焊料有：錫銅無鉛焊料()，錫銀銅無鉛焊料()，()，高溫型無鉛焊料(SnSb)。常用的有鉛焊料主要有：63/37焊料(Sn63/Pb37)，60/40焊料(Sn60/Pb40)和高溫焊料(400度以上焊接)。焊料中除主元素錫、鉛、銅、銀外，往往還含有少量它元素，如鎳、銻、鉍、In、稀土等。焊料內(nèi)的這些微量合金元素對(duì)錫條的物理、力學(xué)性能影響很大：鉍可以降低錫條熔化溫度，提高潤(rùn)濕鋪展性，但加入量過大，將降低焊點(diǎn)的疲勞壽命和塑性，~%。 Ni可以通過改變合金組織和細(xì)化晶粒，從而提高焊點(diǎn)的力學(xué)性能和疲勞壽命等。在系統(tǒng)化設(shè)計(jì)出來的化學(xué)成分之中，設(shè)計(jì)者顯然希望焊料各方面的性能能達(dá)到一個(gè)最佳的平衡，如焊接性能、熔化溫度、強(qiáng)度、塑性和疲勞壽命等。但是，由于成本、工藝等方面的考慮，在SMT行業(yè)更多的使用時(shí)有鉛焊料K63或K60，無鉛焊料錫銀銅。所以，在試驗(yàn)中對(duì)于鉛錫焊接的產(chǎn)品，要求使用的焊料是K60（含錫60%，含鉛40%）或K63（含錫63%，含鉛37%）。對(duì)于純錫焊接的樣品，要求使用不含鉛的焊料，一般是錫銀同合金焊料（%、銀3%、%）【20】。 槽焊法焊槽的深度應(yīng)不小于40mm，容積不小于300ml，焊槽所能加熱的溫度應(yīng)當(dāng)保證能夠達(dá)到300℃，熱容量足夠保證普通半導(dǎo)體產(chǎn)品的試驗(yàn)。實(shí)際試驗(yàn)中，一般要求焊料溫度為245177。5℃。 試驗(yàn)方法在每次試驗(yàn)前，應(yīng)用合適的刮板（一般是不銹鋼板）將熔融焊料表面刮的清潔光亮，試驗(yàn)應(yīng)在刮后立即進(jìn)行，以保證試驗(yàn)不受焊料表面氧化物的影響。首先，在常溫下將所要測(cè)試樣品的引線端浸入助焊劑中超過5秒鐘，然后拿出懸掛滴干超過60秒，或用濾紙吸取多余的焊劑，保證沒有成滴的助焊劑吸附在管腳的表面。然后，立即以25177。，保持2177。，后以同樣的速度取出樣品。對(duì)與大熱容量的樣品（一般是指帶有較大散熱板的產(chǎn)品），可以將停留的時(shí)間提高到5秒鐘。如果條件允許，也可以將大熱容量產(chǎn)品的管腳剪下進(jìn)行測(cè)試。最后，借助于10倍以上的光學(xué)顯微鏡來檢測(cè)引線的焊接層。要求經(jīng)過浸漬的管腳表面必須覆蓋一層光滑、明亮的焊料層，只允許少量的、非集中的、總體面積不超過5%的針孔或弱潤(rùn)濕缺陷，即要求焊接上錫面達(dá)到95%以上【21,22】。%，結(jié)論為不合格。Figure schematic diagram for DIP針對(duì)直插式器件來說，槽焊法是一種最接近實(shí)際中常用焊接程序的模擬實(shí)驗(yàn)方法，但它不能定量的表達(dá)測(cè)試結(jié)果，只能通過顯微鏡來觀察引線表面的上錫情況，主管性較強(qiáng)。在需要量化數(shù)據(jù)作為證據(jù)的報(bào)告中往往無法體現(xiàn)它的權(quán)威性，特別是針對(duì)一些工藝、材料改進(jìn)的試驗(yàn)，有時(shí)無法與以前的工藝、材料進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)。Figure solderability failure 電烙鐵法要求使用松香芯的焊錫絲，以保證助焊劑能符合試驗(yàn)的要求。如果是其它芯的焊錫絲，要求其所含的助焊劑是非活性的，帶有活性助焊劑的焊錫絲不得用來進(jìn)行試驗(yàn)。要求使用的電烙鐵溫度能夠達(dá)到350℃以上，一般采用A號(hào)或B號(hào)電烙鐵。A號(hào)電烙鐵頭直徑8mm，用于中大功率產(chǎn)品的試驗(yàn)，B號(hào)電烙鐵頭直徑3mm，用于小型器件的試驗(yàn)。，如有必要，可用絕熱材料支撐所測(cè)試的樣品。焊接時(shí)間為2~3秒，期間烙鐵頭保持不動(dòng)，然后去除樣品上多余的助焊劑。然后同樣借助于10倍以上的光學(xué)顯微鏡來檢測(cè)引線的焊接層。要求所的表面必須覆蓋一層光滑、明亮的焊料層，不應(yīng)有小滴的焊料【23】。元器件本體引線腳焊錫絲Figure schematic diagram for Soldering iron電烙鐵法試驗(yàn)工具簡(jiǎn)單，非常容易實(shí)施，在一般的小型組裝工廠進(jìn)行來料檢測(cè)的時(shí)候用的比較多，在焊槽法或其它方法不適用的產(chǎn)品上，也可使用烙鐵法來進(jìn)行可焊性的評(píng)定。但電烙鐵一般無法準(zhǔn)確的控制溫度，相對(duì)其它測(cè)試方法來說，準(zhǔn)確性不夠高，所以，如果使用其它方法能夠測(cè)試產(chǎn)品，在不得已的情況下一般不推薦使用電烙鐵法。潤(rùn)濕稱量法可焊性試驗(yàn)試件從一垂直安裝的高靈敏度稱上懸吊下來，以規(guī)定的速度浸漬到規(guī)定溫度的熔融焊料槽中，且試件的底部浸漬至規(guī)定的深度時(shí)，作用于試件上的浮力和表面張力在垂直方向上的合力（即潤(rùn)濕力），該合力與時(shí)間的關(guān)系來評(píng)定試件的可焊性【24】。焊槽的深度應(yīng)不小于40mm，容積不小于300ml，焊槽所能加熱的溫度應(yīng)當(dāng)保證能夠達(dá)到300℃。實(shí)際試驗(yàn)中的焊料溫度為245177。5℃。所用焊料應(yīng)當(dāng)符合GB/，即K60或K63的焊料，如果使用無鉛焊料，一般要求是錫銀銅焊料，%，%，%【25】。將樣品管腳浸漬助焊劑后滴干（如不滴干，助焊劑在高溫焊料中的快速蒸發(fā)可能會(huì)影響潤(rùn)濕力的大小），然后以5~20mm/s的速度浸入熔融的焊料中至規(guī)定的深度（一般只要保證焊料的爬升不會(huì)碰到元器件的本體就可以），并保持規(guī)定的時(shí)間，得到力和時(shí)間的曲線。焊料溫度為245177。5℃。焊接保持時(shí)間為5177。對(duì)于直插式產(chǎn)品應(yīng)使管腳垂直焊錫面浸入，對(duì)于彎腳的貼裝的產(chǎn)品要求管腳部位可以20～45176。的角度浸入焊錫。時(shí)間T0是焊料表面與試驗(yàn)樣品開始接觸的時(shí)間，是力和時(shí)間的開始點(diǎn)。A點(diǎn)是作用于試驗(yàn)樣品上的力等于計(jì)算出來的浮力的點(diǎn)，在浮力計(jì)算中的浸漬深度系數(shù)是指原來的焊料平面以下的深度，通過A點(diǎn)的水平虛線為浮力線，所有的力均參照浮力線的測(cè)量。B點(diǎn)是作用于試驗(yàn)樣品上方的力為零時(shí)的點(diǎn)。M點(diǎn)是從測(cè)試開始到2秒的潤(rùn)濕力。Z點(diǎn)是表示在規(guī)定的浸漬周期內(nèi)獲得最大向下力的點(diǎn)，即Fmax。C點(diǎn)是在從測(cè)試開始到5秒的潤(rùn)濕力，C點(diǎn)和Z點(diǎn)的力的數(shù)值可能相同。 潤(rùn)濕稱量法示意圖Figure schematic diagram or wetting balance schematic diagram for wetting profile 潤(rùn)濕過程圖示【24】 schematic diagram for wetting process為了評(píng)定試驗(yàn)品的可焊性，應(yīng)將所測(cè)得的力（F測(cè)）在消除浮力（F浮）影響后得到的實(shí)際潤(rùn)濕力（F實(shí)）去和理論潤(rùn)濕力（F理）進(jìn)行比較【26】。此理論潤(rùn)濕力：F理=（mN）L——由量出樣品引腳需焊接部位的寬和厚來計(jì)算出的周長(zhǎng)，單位：mmF浮=V——試驗(yàn)樣品浸漬部分的體積，單位：mm3F實(shí)=F理F浮 可焊性的判定開始潤(rùn)濕所需的時(shí)間，即T0點(diǎn)至A點(diǎn)的最大時(shí)間間隔,。在潤(rùn)濕過程中，Tm=2秒時(shí)，實(shí)際潤(rùn)濕力要大于等于實(shí)際理論潤(rùn)濕力的2/3。在潤(rùn)濕穩(wěn)定后，計(jì)算出Dewetting＝(Fmax – Fmin) / Fmax *100%，要求dewetting≤20%。Fmax: 整個(gè)潤(rùn)濕過程的最大潤(rùn)濕力，F(xiàn)min: Fmax到結(jié)束之間的最小潤(rùn)濕力。并且，從潤(rùn)濕稱量法的曲線結(jié)果我們可以看到，每個(gè)產(chǎn)品的潤(rùn)濕時(shí)間長(zhǎng)短、潤(rùn)濕力的大小都可以在結(jié)果中體現(xiàn)出來，可以有一個(gè)定量的結(jié)果，而不是和槽焊法一樣只能出具合格或不合格的定性結(jié)果。 典型的潤(rùn)濕力曲線 typical wetting profile本章主要對(duì)槽焊法、電烙鐵法、潤(rùn)濕稱量法進(jìn)行了介紹，并對(duì)各類方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)。第3章 小型短管腳產(chǎn)品使用潤(rùn)濕稱量法測(cè)試槽焊法僅能觀察試樣的沾錫狀態(tài)，潤(rùn)濕稱量法卻能求得試樣的潤(rùn)濕時(shí)間和潤(rùn)濕力，近幾年由于其定量性強(qiáng)而倍受青睞，通過描繪潤(rùn)濕曲線又可以了解樣件的整個(gè)潤(rùn)濕過程【27】。對(duì)于有管腳的產(chǎn)