1-焊锡原理 - 图文

焊锡手册 第一章 焊锡原理 第二章 认识锡铅合金 第三章 认识助焊剂 第四章 助焊剂的选择 1 第一章 焊锡原理 在研究焊锡工程所用的材枓之前，我们必须先清楚地了解焊锡的基本原理。否则我们便无法用目视来检验焊锡后锡铅合金与各种零件所形成的焊点是否标准。 第一節 润湿 WETTING 焊锡的定义中可以发现「润湿」是焊接过程中的主角。所谓焊接即是利用液态的「焊锡」润湿在基材上而达到接合的效果，这种现象正如水倒在固体表面一样，不同的是「焊锡」会随着温度的降低而凝固成接点。当焊锡润湿在基材上时，理论上两者之间会以金属化学键结合，而形成一种连续性的接合，但实际状况下，基材会受到空气及周遭环境的侵蚀，而形成一层氧化膜来阻挡「焊锡」，使其无法达到较好的润湿效果。其现象正如水倒在涂满油脂的盘上，水只能聚集在部份的地方，而无法全面均匀的分布在盘子上。如果我们未能将基材表面的氧化膜去除，即使勉强沾上「焊锡」，其结合力量还是非常的弱。 1. 焊接与胶合的不同 当两种材料用胶黏合在一起，其表面的相互黏着是因为胶给它们之间的机械键所致。因为胶不容易在两者之间固定，所以光亮的表面无法像粗糙或蚀刻的表面黏着性那么好。胶合是一种表面现象，当胶是潮湿状态时，它可以从原来的表面被擦掉。焊接是焊锡和金属之间形成一金属化学键，焊锡的分子穿入基材表层金属的分子结构，而形成一坚固、完全金属的结构。当焊锡熔解时，也不可能完全从金属表面上把它擦掉，因为它己变成基层金属的一部份。 2. 润湿和无润湿 Wetting & Non-wetting 一块涂有油脂的金属薄板浸到水中，没有润湿现象，此时水会成球状的水滴，一摇即掉，因此，水并未润湿或黏在金属薄板上。 如将此金属薄板放入热清洁溶剂中加以清洗，并小心地干燥，再把它浸入水中，此时水将完全地扩散到金属薄板的表面而形成一薄且均匀的膜层，怎么摇也不会掉，即它己经润湿了此金属薄板。 3. 清洁 当金属薄板非常干净时，水便会润湿金属表面，因此，当「焊锡表面」和「金属表面」也很干净时，焊锡一样会润湿金属表面，其对清洁程度的要求远比水于金属薄板上还要高很多，因为焊锡和金属之间必须是紧密的连接，否则在它们之间会立刻形成一很薄的氧化层。不幸的是，几乎所有的金属在曝露于空气中时，都会立刻氧化，此极薄的氧化层将妨碍金属表面上焊锡的润湿作用。 在第三章我将讨论助焊剂有克服此问题的功能。 注一：「焊锡」：是指60/40/或63/37的锡铅合金。 注二：WETTING ：其中文意思是「润湿」或「润焊」。 注三：「基材」：泛指被焊金属，如PCB或零件脚。 2 4.毛细管作用 如将两片干净的金属表面合在一起后，浸入熔化的焊锡中，焊锡将润湿此两片金属表面并向上爬升，以填满相近表面之间的间隙，此为毛细管作用。 假如金属表面不干净的话，便没有润湿及毛细管作用的力量将锡贯满此孔，并在印刷线路板上面形成所谓的「焊锡带」并不完全是锡波的压力将焊锡推进此孔。 5.表面张力 我们都看过昆虫在池塘的表面行走而不润湿它的脚，那是因为有一看不到的薄层或力量支持着它，这便是水的表面张力。同样的力量使水在涂有油脂的金属薄板上维持水滴状，用溶剂加以清洗会减少表面张力，水便会润湿和形成一薄层。 在第三章，我们将会知道助焊剂在金属表面上的作用就像溶剂对涂有油脂的金属薄板一样。溶剂去除油脂，让水润湿金属表面和减少表面张力。助焊剂将去除金属和焊锡间的氧化物，好让焊锡润湿金属表面。 在焊锡中的污染物会增加表面张力，因此必须小心地管制。焊锡温度也会影响表面张力，即温度愈高，表面张力愈小。 我们用图来表示焊锡润湿和无润湿的情形，将更容易了解。 图1-1 a.熔锡中无助焊剂，形成一大润湿角度的球状。 b.熔锡中有助焊剂，焊锡润湿铜表面而形成一小润湿角度。 图1-1-a.表示小球状的熔锡在加热的铜板上，它一直维持小球状，那是因为氧化层己经 增加了其表面张力。 图1-1-b.表示在锡球和铜板之间加入助焊剂，助焊剂己经去除焊锡和铜板之间的氧化物， 焊锡己经润湿基层金属而形成一薄层。 焊锡表面和铜板之间的角度，称为润湿角度(wetting angle)，它是所有焊点检验的基础。 图1-2 单面基板和电镀贯穿孔基板上的焊点 3 图1-2 表示一些典型的完美焊点的断面图，焊锡己经润湿零件脚和印刷线路板上的焊垫。两种基板的润湿角度都很小，焊锡都己外流而形成羽毛状边缘。 6.润湿的热动力平衡 焊接工程不可或缺的材料是「焊锡」、「助焊剂」和「基层金属」。我们假设基层金属的表面是完全清洁、无氧化物。 当一滴焊锡滴在基层金属上，助焊剂在焊锡的四周时，简称 a. 焊锡为L ：LIQUID b. 助锡剂为F ：FLUX(或V：VAPOR) c. 基层金属为S ：SOLID BASE METAL 当焊锡润湿在基层金属上，静止下来时，亦即是力平衡的状态。 图1-3 热平衡的润湿图 依上图，得知PSF ＝ PLS + PLF COSθ PSF 是液体在固体上扩散的力量。 当焊锡滴在固体表面呈圆球状时，PSF ＞ PLS + PLF COSθ，此时开始扩散，θ角 度逐渐变小，PLF COSθ值变大，直到力量平衡为止。 1. θ＞90°，如果整个系统力量达到平衡时θ＞90°，则表示PSF的值小，亦即其液体的扩散力差。 以θ角度来说：θ＞90° 时称为退润湿(dewet)。 θ＝180° 时称为未润湿(nonwet)。 90°＜θ＜180°时为润湿不良(poorly wetted surface)。 2. 90°＞θ＞Ｍ，我们称为边际润湿(marginal wetting)。 通常的Ｍ＞75°，这种润湿也是不能接受的程度。 3.θ＜Ｍ，此称为良好润湿(good wetting)，在品质要求高的产品，Ｍ值的要求可低于 75度。 4 由上述说明θ角度越小表示润湿越好。 图1-4-a 是完全未润湿，θ＝180° 图1-4-b 是完全润湿，θ＝ 0° 图1-4-c 是部份润湿，0°＜θ＜180° 图1-4 润湿程度和二面角度的关系。 第二節 焊 点 我们己经理论地讨论在干净的金属表面上加焊锡时会产生润湿现象。现在，我们必须了解实际上所发生的情形，它比水在金属薄板上的润湿例子还要复杂很多，我们将解释形成焊点所包含的东西。 1. 金属间的形成 如果两个铜板如图1-5-a用焊锡焊接在一起，将他们之间的一小部份取出并放大200倍(如图1-5-b)在中间的是焊锡，两边是基层铜板。但是，在铜和焊锡之间 的材料在焊接之前并不存在，那是焊锡中锡和铜的表面层形成新的化合物，它是铜/锡化合物(Cu3Sn, Cu6Sn5)，也称为「金属间化合物」(intermetallic compound)。当焊锡润湿铜板时才会形成金属间化合物，同时它也是润湿己发生的表示。 铜 焊锡 铜 金属间化合物 图1-5 金属化合物的形成 5

图1-6 金属间化合物的侧视图 金属间化合物形成的过程如图1-7到图1-15所示 图1-7 金属格子在真空中的略图 图1-8 金属格子在空气中的略图，吸收空气层 6 图1-9 在空气中失去光泽的金属略图 图1-10 液体 …… 此处隐藏：711字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……