-smt無鉛焊接深圳研討會資料-3-錫焊機理與焊點可靠性分析(編輯修改稿)
2025-08-18 08:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 隙中。 ? 例如 通孔元件在波峰焊、手工焊時 ，當間隙適當時，毛細作用能夠促進元件孔的“透錫”。 ? 又例如 再流焊時 ，毛細作用能夠促進元件焊端底面與 PCB焊盤表面之間液態(tài)焊料的流動。 毛細作用 —液體在毛細管中上升高度的表達式 式中： ? H—毛細管中液柱的高度 ? σ—液體（焊料）的表面張力 ? ρ—液體（焊料）的密度 ? g —重力加速度 ? R —毛細管半徑 2σ H = —— ρgR 從式中看出 液體在毛細管中上升高度 ： ? 與表面張力成正比； ? 與液體的密度、比重成反比； ? 與毛細管直徑有關(guān)。 金屬原子以結(jié)晶排列，原子間作用力平衡，保持晶格的形狀和穩(wěn)定。 當金屬與金屬接觸時，界面上晶格紊亂導(dǎo)致部分原子從一個晶格點陣移動到另一個晶格點陣。 擴散條件：相互距離 （金屬表面清潔，無氧化層和其它雜質(zhì)， 兩塊金屬原子間才會發(fā)生引力） 溫度 （在一定溫度下金屬分子才具有動能） （ 2） 擴散 四種擴散形式： 表面擴散；晶內(nèi)擴散；晶界擴散；選擇擴散。 Pb Sn 表面擴散 向晶粒內(nèi)擴散 分割晶粒擴散 選擇擴散 表面擴散、晶內(nèi)擴散、晶界擴散、選擇擴散示意圖 Cu表面 熔融 Sn/Pb焊料側(cè) 晶粒 （ 3） 溶解 ? 母材 表面的 Cu分子被熔融的液態(tài)焊料 溶解或溶蝕 。 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引腳焊點橫截面圖 以 63Sn/37Pb焊料為例， 共晶點為 183℃ 焊接后（ 210230℃ ） 生成金屬間結(jié)合層： Cu6Sn5和 Cu3Sn （ 4） 冶金結(jié)合， 形成 結(jié)合層（ 金屬間擴散、溶解的結(jié)果 ） 最后冷卻凝固形成焊點 三 . 焊點可靠性分析 影響焊點強度的主要因素： （ 1）金屬間合金層（金屬間結(jié)合層）質(zhì)量與厚度 （ 2）焊接材料的質(zhì)量 （ 3）焊料量 （ 4） PCB設(shè)計 當溫度達到 210230℃ 時， Sn向 Cu表面擴散，而 Pb不擴散。初期生成的 SnCu合金為： Cu6Sn5（ η相） 。其中 Cu 的重量百分比含量約為 40%。 隨著溫度升高和時間延長， Cu 原子滲透（溶解）到 Cu6Sn5 中，局部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?Cu3Sn（ ε相） ， Cu 含量由 40%增加到 66%。當溫度繼續(xù)升高和時間進一步延長， Sn/Pb焊料中的 Sn不斷向 Cu表面擴散，在焊料一側(cè)只留下 Pb，形成 富 Pb層 。 Cu6Sn5和 富 Pb層之間的的界面結(jié)合力非常脆弱，當受到溫度、振動等沖擊，就會在焊接界面處發(fā)生裂紋。 以 63Sn/37Pb焊料與 Cu表面焊接為例 （ 1）金屬間合金層（金屬間結(jié)合層）質(zhì)量與厚度 焊縫 (結(jié)合層 )結(jié)構(gòu)示意圖 Pb 熔融 Sn/Pb焊料側(cè) Cu焊端表面 Cu Sn Cu6Sn5 Cu3Sn 富 Pb層 焊料直接與 Cu生成的合金層 紅色的箭指示的是 Cu3Sn 層 Cu6Sn5與 Cu3Sn兩種金屬間結(jié)合層比較 名稱 分子式 形成 位置 顏色 結(jié)晶 性質(zhì) η相 Cu6Sn5 焊料潤濕到 Cu時立即生成 Sn與 Cu之間的界面 白色 球狀 珊貝狀 良性，強度高 ε相 Cu3Sn 溫度高、焊接時間長引起 Cu與Cu6Sn5之間 灰色 骨針狀 惡性，強度差，脆性 Cu Cu3Sn Cu6Sn5 富 Pb層 Sn/Pb 拉伸力 （千lbl/in2 ） *＞ 4μm時，由于金屬間合金層太厚，使連接處失去彈性，由于金屬間結(jié)合層的結(jié)構(gòu)疏松、發(fā)脆，也會使強度小。 *厚度為 ； *~4μm時的抗拉強度可接受； *＜ ，由于金屬間 合金層太薄，幾乎沒有強度； 金屬間合金層厚度（ μm） 金屬間合金層厚度與抗拉強度的關(guān)系 金屬間合金層厚度與抗拉強度的關(guān)系 金屬間結(jié)合層的質(zhì)量與厚度與以下因素有關(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達到共晶或近共晶； 含氧量應(yīng)小于 %，最好控制在 80ppm以下） (b) 助焊劑質(zhì)量（凈化表面，提高浸潤性） (c) 被
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