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合金凝固、形成焊点时需要较长时间戴手指套
来源:防静电服_防静电鞋 作者:苏州顺腾净化科技有限公司 日期:2012年04月11日 访问次数:

1.焊料的合金成分
    合金成分是决定焊膏的熔点及焊点质量的关键参数。
    在前面章节中介绍过,一般认为液相线温度等于熔点温度,而固相线温度等于其软化温度。对于给定的合金成分,在液相线和固相线之间的温度范围是液相和固相共存的范围,被认为是塑性范围或黏稠范围。液相线温度与固相线温度相等的合金组分,称为共晶合金,共晶点的温度就是共晶合金的熔点。
    从sn.Pb系二元合金相图可看出,其共晶成分为sn-3’7Pb,共晶点温度为183℃,:从sn_Ag.cu系三元合金相图可看出戴手指套,其共晶成分为sn.3.24Ag.0.57cu,共晶点温度为217.7℃。
    从·般的润湿理论上讲,大多数金属较理想的钎焊温度应高于熔点(液相线)温度15.5~l℃之间为宜。对于Sn.Pb合金,建议在液相线之上30~40℃左右。在图16—25中,爿Bc是液相线,其上方的虚线是最佳焊接温度线。
  下面以Sn.Pb焊料合金为例进行分析
    (1)共晶合金的熔点最低,焊接温度也最低    ’
    在sn.Pb合金配比中,共晶合金的熔点最低,63Sn.37Pb共晶合金(B点)的熔点为183℃。其焊接温度也最低,在210~230℃左右,焊接时不会损坏元件和印制板;而其他任何一种合金配比的液相线都比共晶温度高,如40Sn一60Pb(H点)的液相线为232℃。其焊接温度在260~270℃左右,显然焊接温度超过了元件和印制板的耐受温度。
    (2)共晶合金的结构是最致密的,有利于提高焊点强度
    所谓共晶焊料就是由固相变液相或由液相变固相均在同一温度下进行,在此组分下的细小晶粒混合物叫做共晶合金。升温时当温度达到共晶点时焊料全部呈液相状态,降温时当温度降到共晶点时,液态焊料一下子全部变成固相状态,因此焊点凝固时形成的结晶颗粒最小,结构最致密,焊点强度最高戴手指套。而其他配比的合金冷凝时间长,先结晶的颗粒会长大,影响焊点强度。
    (3)共晶合金凝固时没有塑性范围或黏稠范围,有利于焊接工艺的控制
    共晶合金在升温时只要到达共品点温度,就会立即从固相变成液相;反之,冷却凝固时只要降到共品点温度,就会立即从液相变成固相,因此共晶合金在熔化和凝固过程中没有塑性范围。
    合金凝固温度范围(塑性范围)对焊接的工艺性和焊点质量影响极大。塑性范围大的合金,在合金凝固、形成焊点时需要较长时间戴手指套,如果在合金凝固期问PCB和元器件有任何震动(包括PcB变形),都会造成“焊点扰动”,有可能会发生焊点开裂,使设备过早损坏。
    从以上分析可以得出结论:合金成分是决定焊膏的熔点及焊点质量的关键参数。
    因此,无论是传统的Sn.Pb焊料还是无铅焊料,要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶。
    根据产品的组装工艺、印制板、元器件的具体情况选择焊膏的合金组分。有铅工艺中一般镀铅锡印制板采用63Sn.3。7Pb;钯金或钯银厚膜端头和引脚可焊性较差的元器件、要求焊点质量高的印制板采用62Sn-36Pb一2Ag;水金板一般不要选择含银的合金;无铅工艺中焊膏的合金组分尽量与元器件焊端的镀层材料相匹配,另外还要根据产品的可靠性要求、PCB、元器件能够承受的温度等情况来选择,如焊接热敏元件时应选用含铋的低熔点焊膏;PcB焊盘镀层应根据焊膏的合金组分和采用的工艺方法进行选择戴手指套。
2.合金表面的氧化程度
    合金粉末表面的氧化物含量也直接影响焊膏的可焊性,因为扩散只能在清洁的金属表面进行。虽然助焊剂有清洗金属表面氧化物的功能,但不能驱除严重的氧化问题。要求合金粉末的含
氧量应小于0.5%,最好控制在80ppm以下。
3.助焊剂的质量和选择
    (1)助焊剂的质量
    焊膏中的助焊剂是净化焊接表面、提高润湿性、防止焊料氧化和确保焊膏质量及优良工艺性的关键材料。加热过程中助焊剂对I'CB的焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化层起到清洗作用.同时对金属表面产生活化作用。
    如果助焊剂的活性好,可以使金属表面获得足够的激活能,促使熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散反应。因为扩散只能在清洁的金属表面进行,如果金属表面有氧化物,焊料就不能浸润金属表面,就无法产生扩散。再流焊后,虽然在元器件引脚和PcB焊盘之间堆积了焊料,但实际是虚焊,加压时可能有电气连接,震动或松开时就会失去电气连接。如果熔融的焊料在金属表面局部润湿,那么只有局部润湿的地方产生连接,这样也会造成焊点强度差。    ’
    由于无铅合金的熔点高、润湿性差,因此要求无铅焊膏中助焊剂的活化温度和活性都要提高,与焊料合金的熔点相匹配,要适应无铅高的焊接温度;另外,焊剂与焊料合金表面之间可能有化学反应,因此不同合金成分要选择不同的助焊剂;确定了无铅合金后,可焊性的关键在于助焊剂。
    有铅焊接时,助焊剂的活性反应恰好在焊料的熔点183℃之前,对金属表面进行清洗,同时助焊剂还保持一定活性,焊料熔化时使金属表面获得激活能,从而能够起到降低熔融焊料的黏度
和表面张力、提高浸润性的作用,有利于扩散、溶解,形成金属间合金层。但是无铅焊接时,熔点为217℃,比有铅高34℃,而无铅助焊剂的主要成分也是松香脂,如果使用传统的助焊剂,在
183℃焊料熔化前焊膏中的助焊剂已经结束活化反应,再从183℃上升到217℃,由于助焊剂长时间处在高温下,不仅起不到清洗和活化作用,还可能造成助焊剂炭化,严重时会使PCB焊盘、元
件引脚和焊膏中的焊料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良。
    因此无铅助焊剂必须专门配制。随着无铅进程的深入,由于焊料厂商的努力,在活化剂等添加剂上采取措施来提高助焊剂的活性和活化温度,使无铅焊膏质量得到了改善。目前的无铅焊点从外观上看已经比前几年有了改善。

 

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