运用焊接理论,正确设置再流焊温度曲线,提高无铅再流焊.ppt

学习运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅焊接质量内容学习、运用焊接理论，提高无铅焊接质量一．锡焊机理与焊点可靠性分析⑴产生电子信号或功率的流动⑵产生机械连接强度(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）软钎焊软钎焊特点电子焊接——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。当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、溶解、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝固，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关。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，以Cu为例）、助焊剂、熔融焊料之间相互作用1.助焊剂与母材的反应2.助焊剂与焊料的反应3.焊料与母材的反应锡焊机理润湿角θ润湿力（Wa）分子运动分子运动分子运动分子运动•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。分子运动毛细管现象毛细管现象在焊接中的作用毛细作用—液体在毛细管中上升高度的表达式金属原子以结晶排列，原子间作用力平衡，保持晶格的形状和稳定。当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱导致部分原子从一个晶格点阵移动到另一个晶格点阵。Pb（3）溶解(三)焊点强度和连接可靠性分析可靠性试验的主要内容评价焊点可靠性试验的主要方法影响焊点强度和连接可靠性的主要因素分析（1）钎缝的金相组织当温度达到210-230℃时，Sn向Cu表面扩散，而Pb不扩散。初期生成的Sn-Cu合金为：Cu6Sn5（η相）。其中Cu的重量百分比含量约为40%。随着温度升高和时间延长，Cu原子渗透（溶解）到Cu6Sn5中，局部结构转变为Cu3Sn（ε相），Cu含量由40%增加到66%。当温度继续升高和时间进一步延长，Sn/Pb焊料中的Sn不断向Cu表面扩散，在焊料一侧只留下Pb，形成富Pb层。Cu6Sn5和富Pb层之间的的界面结合力非常脆弱，当受到温度、振动等冲击，就会在焊接界面处发生裂纹。钎缝(结合层)结构示意图焊料直接与Cu生成的结合层Cu6Sn5与Cu3Sn两种金属间化合物比较拉伸力（千lbl/in2）钎缝厚度厚度究竟为多少最佳？金属间结合层的质量与厚度与以下因素有关：焊点和元件受热的热量随温度和时间的增加而增加。金属间结合层的厚度与焊接温度和时间成正比。例如183℃以上，但没有达到210~230℃时在Cu和Sn之间的扩散、溶解，不能生成足够的金属间结合层。只有在220℃维持2秒钟左右的条件下才能生成良性的结合层。但焊接温度更高时，扩散反应率就加速，就会生成过多的恶性金属间结合层。焊点变得脆性而多孔。Sn-Pb系焊料金相图（4）与焊料量有关（5）PCB设计(四)关于无铅焊接机理（1）目前应用最多的无铅焊料合金（2）关于Sn-Ag-Cu系焊料的最佳成分Sn-Ag-Cu无铅焊料中Ag与Sn在221℃形成共晶板状的Ag3Sn合金（3）IPC推荐的无铅焊料：Ag含量为3.0wt%的Sn-Ag-Cu焊料合金成分Sn63\Pb37与Sn\Ag3.8\Cu0.7性能比较继续攻克研究更理想的无铅焊料用低Ag的Sn-Ag-Cu替代目前广泛应用于波峰焊的Sn3Ag0.5Cu焊料有了突破（4）PCB焊盘表面材料（5）元器件焊端表面镀层材料（6）无铅焊接机理Sn-Ag-Cu系统中Sn与次要元素Ag和Cu之间的冶金反应Sn-Ag-Cu三元合金相图Sn-Ag-Cu合金凝固特性导致无铅焊点颗粒状外观粗糙Sn-Cu合金二元相图(c)Sn系焊料与Ni/Au（ENIG）焊接时的钎缝组织关于“黒焊盘”问题(BlackPadsinENIGfinishes)(d)Sn系焊料与42号合金钢(Fe-42Ni)焊接时的钎缝组织(e)各种合金元素与不同金属电极焊接后在界面形成的化合物无铅焊接必须注意材料的兼容性总结理想的界面组织怎样获得理想的界面组织影响焊接质量的主要因素(五)锡基焊料特性a浸入液态焊料中的固体金属会产生溶解，生产中将这种现象称之为浸析现象，或“溶蚀”现象，俗称“被吃”。b.影响浸析的因素——被焊金属、焊料成分、焊料的温度和流动速度。金、银、铜在焊料中均有较高的溶解速度。温度上升，溶解速度增加；焊料流动速度增加，溶解速度也增加。