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锡膏合金成分对焊接和工艺制程的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2009-10-31  浏览次数:634

5.焊料与制程
5.1合金互熔
锡铅二元合金之焊料,事实上是锡熔进铅中,而所谓的Solder即是二者之“溶液”而已。高温焊接中板面承垫中的铜份也会融入铅与锡中,也就是铜原子会扩散进入熔融的焊料内,并在焊料与底铜之间形成居中的接口层IMC(Cu6 Sn5),也唯有如此才能真正的焊牢。一但焊垫外表发生铜面氧化物或其它表面污染物时,则会阻止铜份的扩散而无IMC的产生,以致无法焊牢。并出现所谓缩锡(Dewetting)或不沾锡(Non-Wetting)等焊锡性不良的表征。
5.2沾锡过程
沾锡(Wetting)亦称为Tining,其动作说时迟那时快,首先是高温中助焊剂展现活性(Activity),迅速去除金属焊垫表面的氧化物或污物或有机护铜剂等(如Entek),使熔融的焊锡与底铜(或底镍等其它可焊金属)之间,迅速产生如树根般的一薄层“界面合金共化物”(Inter Matalic Compound  Intermetallic  Compound Cu6 Sn5),而沾锡及焊牢。
在焊点外观上可见到焊料向外向上扩张地盘的动作,其地盘外缘有一种“固/液/气”三相交会处,隐约中似乎出现“蓄势待发”而奔出的小角度,特称之为沾锡性的接触角(Contact Angle ,θ),亦称为如喷射机般的双反斜角(Dihedral Angle)。此接触角度愈小,则沾锡性或焊锡性也愈好。
实际上沾锡力量(Wetting Force)是受到几股力量的影响。下图即为其等力量平衡及冷却后的焊点断面说明,现以浅显易懂的语言配合图面说明诠释(请参考第12期TPCA会刊)。
θ角=双反斜角,接触角,或常说的沾锡角。
r=接口之间所出现的表面能(Surface Energies)或力量,系指清洁铜面对焊锡金属的亲和力,亦即产生IMC(Cu6 Sn5)时互亲的力量,也就所谓的焊键(Solder Bond)。但铜对铅则不会产生任何亲和力。
rsr=地盘外缘固相与汽相之间的力量,即液锡向外扩张时所呈现的附着力(Adhesive Force) 此力量愈大时沾锡角愈小,焊锡性也愈好。
rls=液相与地盘内固相之间的亲合力量,必须要先生成IMC时才会表现出力量,且此力几乎是固定不变的。对整体而言此力只会呈现液相本身向内收缩的内聚力(Cohesive Force),对向外扩张并无帮助。
rlv=液相与汽相间的力量,此力又可再解析成为垂直分力(rlv˙sinθ) 与水平分力(rlv˙cosθ); 后者表现得愈大时,沾锡性或焊锡性也愈好。
    由图中公式rsr=rls+rlv˙cosθ,向外扩张的沾锡力量想要最大时,则其水平分力(rlv˙cosθ) 也应最大,也就是θ角要愈小愈好。当θ角=0 时,则cosθ=1,于是向外扩张的沾锡力量rsv也变成最大(亦即焊锡性最好)。

 
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