焊机理与焊可靠性分析深圳学习教案.pptx

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1、会计学1焊机理焊机理(j l)与焊可靠性分析深圳与焊可靠性分析深圳第一页，共76页。学习学习(xux)、运用焊接理论，提高无铅焊接、运用焊接理论，提高无铅焊接质量质量n n焊接是电子制造工艺中的关键工序。焊接是电子制造工艺中的关键工序。焊接是电子制造工艺中的关键工序。焊接是电子制造工艺中的关键工序。n nSMTSMTSMTSMT的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的缺的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的缺的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的缺的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的缺陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、界面陷外，还要克服虚焊、焊点内部

2、应力大、内部裂纹、界面陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、界面陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、界面结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。n n学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，提高电子连接的可靠性。提高电子连接的可靠性。提高电子连接的可靠性。提高电子连接的可靠性。n n运用焊接理论指导生产实践，运用焊接

3、理论指导生产实践，运用焊接理论指导生产实践，运用焊接理论指导生产实践，掌握正确掌握正确掌握正确掌握正确(zhngqu)(zhngqu)(zhngqu)(zhngqu)的工艺的工艺的工艺的工艺方法，提高无铅焊接质量。方法，提高无铅焊接质量。方法，提高无铅焊接质量。方法，提高无铅焊接质量。第1页/共75页第二页，共76页。一一一一.概述概述概述概述(i sh)(i sh)(i sh)(i sh)二二二二.锡焊机理锡焊机理锡焊机理锡焊机理三三三三.焊点强度和连接可靠性分析焊点强度和连接可靠性分析焊点强度和连接可靠性分析焊点强度和连接可靠性分析四四四四.关于无铅焊接机理关于无铅焊接机理关于无铅焊接机理

4、关于无铅焊接机理五五五五.锡基焊料特性锡基焊料特性锡基焊料特性锡基焊料特性内容内容(nirng)(nirng)第2页/共75页第三页，共76页。一一.概述概述(i sh)熔焊(rn hn)焊接种类 压焊 钎焊钎焊钎焊(qin(qin hn)hn)压焊压焊熔焊熔焊超声压焊超声压焊金丝球焊金丝球焊激光焊激光焊第3页/共75页第四页，共76页。电子装配的核心电子装配的核心电子装配的核心电子装配的核心连接技术：焊接技术连接技术：焊接技术连接技术：焊接技术连接技术：焊接技术焊接技术的重要性焊接技术的重要性焊接技术的重要性焊接技术的重要性 焊点是元器件与印制电路焊点是元器件与印制电路焊点是元器件与印制电路

5、焊点是元器件与印制电路板电气连接和机械板电气连接和机械板电气连接和机械板电气连接和机械(jxi)(jxi)连接的连接点。焊点的连接的连接点。焊点的连接的连接点。焊点的连接的连接点。焊点的结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。第4页/共75页第五页，共76页。焊接焊接(hnji)(hnji)方法（钎焊技术）方法（钎焊技术）n n手工烙铁手工烙铁(lo tie)焊接焊接n n浸焊浸焊n n波峰焊波峰焊n n再流焊再流焊第5页/共75页第六页，共76页。软钎焊软钎焊(qi

6、n hn)(qin hn)n n 焊接学中，把焊接温度低于焊接学中，把焊接温度低于450450的焊的焊接称为接称为(chn wi)(chn wi)软钎焊，所用焊料为软软钎焊，所用焊料为软钎焊料。钎焊料。第6页/共75页第七页，共76页。软钎焊软钎焊(qin hn)(qin hn)特点特点n n钎料熔点低于焊件熔点。钎料熔点低于焊件熔点。n n加热到钎料熔化，润湿焊件。加热到钎料熔化，润湿焊件。n n焊接过程焊件不熔化。焊接过程焊件不熔化。n n焊接过程需要加焊剂焊接过程需要加焊剂(hnj)。（清除氧。（清除氧化层）化层）n n焊接过程可逆。（解焊）焊接过程可逆。（解焊）第7页/共75页第八页，

7、共76页。电电子子焊焊接接是是通通过过熔熔融融的的焊焊料料合合金金与与两两个个被被焊焊接接金金属属表表面面之之间间生生成成金金属属间间合合金金层层（焊焊缝缝），从从而而(cng r)实实现现两两个个被被焊焊接接金金属属之之间间电电气气与与机机械械连接的焊接技术。连接的焊接技术。第8页/共75页第九页，共76页。当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂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

8、焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、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），冷却后使焊料凝固属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝固(nngg)，形，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关。有关。二二.锡焊机理锡焊机理(j l)第9页/共75页第十页，共76页。锡焊过程锡焊过程焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料融焊料(hnlio)和空气等之间相互作用的复杂过程和空气等之

9、间相互作用的复杂过程表面表面(biomin)清洁清洁焊件加热焊件加热(ji r)熔锡润湿熔锡润湿扩散结合层扩散结合层冷却后形成焊点冷却后形成焊点物理学物理学物理学物理学润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解化学化学化学化学助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位冶金学冶金学冶金学冶金学合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象电学电学电学电学电阻、热电动势电阻、热电动势电阻、热电动势电阻、热电

10、动势材料力学材料力学材料力学材料力学强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中第10页/共75页第十一页，共76页。焊接焊接(hnji)(hnji)过程中焊接过程中焊接(hnji)(hnji)金属表面（母金属表面（母材，以材，以CuCu为例）、助焊剂、熔融焊料之间相互作为例）、助焊剂、熔融焊料之间相互作用用1.1.1.1.助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应（1 1 1 1）松香去除）松香去除）松香去除）松香去除(q ch)(q ch)(q ch)(q ch)氧化膜氧化膜氧

11、化膜氧化膜松香的主要成分是松香酸，松香的主要成分是松香酸，松香的主要成分是松香酸，松香的主要成分是松香酸，融点为融点为融点为融点为74747474。170170170170呈活性反应，呈活性反应，呈活性反应，呈活性反应，230250230250230250230250转化为不活转化为不活转化为不活转化为不活泼的焦松香酸，泼的焦松香酸，泼的焦松香酸，泼的焦松香酸，300300300300以上无活性。松香酸和以上无活性。松香酸和以上无活性。松香酸和以上无活性。松香酸和Cu2OCu2OCu2OCu2O反应生反应生反应生反应生成松香酸铜。松香酸在常温下和成松香酸铜。松香酸在常温下和成松香酸铜。松香酸在

12、常温下和成松香酸铜。松香酸在常温下和300300300300以上不能和以上不能和以上不能和以上不能和Cu2OCu2OCu2OCu2O起起起起反应。反应。反应。反应。（2 2 2 2）溶融盐去除）溶融盐去除）溶融盐去除）溶融盐去除(q ch)(q ch)(q ch)(q ch)氧化膜氧化膜氧化膜氧化膜一般采用氯离子一般采用氯离子一般采用氯离子一般采用氯离子Cl-Cl-Cl-Cl-或或或或氟离子氟离子氟离子氟离子F-F-F-F-，使氧化膜生成氯化物或氟化物。，使氧化膜生成氯化物或氟化物。，使氧化膜生成氯化物或氟化物。，使氧化膜生成氯化物或氟化物。（3 3 3 3）母材被溶蚀）母材被溶蚀）母材被溶蚀

13、）母材被溶蚀活性强的助焊剂容易溶蚀母材。活性强的助焊剂容易溶蚀母材。活性强的助焊剂容易溶蚀母材。活性强的助焊剂容易溶蚀母材。（4 4 4 4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。第11页/共75页第十二页，共76页。2.2.2.2.助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应（1 1 1 1）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的HClHClHClHCl，与，

14、与，与，与SnOSnOSnOSnO起起起起还原反应。还原反应。还原反应。还原反应。（2 2 2 2）活性剂的活化）活性剂的活化）活性剂的活化）活性剂的活化(huhu)(huhu)(huhu)(huhu)反应产生激活能，减小界面反应产生激活能，减小界面反应产生激活能，减小界面反应产生激活能，减小界面张力，提高浸润性。张力，提高浸润性。张力，提高浸润性。张力，提高浸润性。（3 3 3 3）焊料氧化，产生锡渣。）焊料氧化，产生锡渣。）焊料氧化，产生锡渣。）焊料氧化，产生锡渣。3.3.3.3.焊料与母材的反应焊料与母材的反应焊料与母材的反应焊料与母材的反应 润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成结合层。润湿

15、、扩散、溶解、冶金结合，形成结合层。润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成结合层。润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成结合层。第12页/共75页第十三页，共76页。锡焊机理锡焊机理(j l)（1 1 1 1）润湿）润湿）润湿）润湿（2 2 2 2）扩散）扩散）扩散）扩散（3 3 3 3）溶解）溶解）溶解）溶解（4 4 4 4）冶金）冶金）冶金）冶金(yjn)(yjn)(yjn)(yjn)结合，形成结合层结合，形成结合层结合，形成结合层结合，形成结合层第13页/共75页第十四页，共76页。润湿润湿(rn(rn sh)sh)角角焊点的最佳焊点的最佳(zu ji)润湿角润湿角 Cu-Pb/Sn 1545 当当

16、=0时，完全时，完全(wnqun)润湿；当润湿；当=180时，完全时，完全(wnqun)不润湿；不润湿；=焊料和母材之间的界面焊料和母材之间的界面 与焊料表面切线之间的夹角与焊料表面切线之间的夹角分子运动分子运动（1 1）润湿）润湿液体在固体表面漫流的物理现象液体在固体表面漫流的物理现象润湿是物质固有的性质润湿是物质固有的性质润湿是焊接的首要条件润湿是焊接的首要条件润湿是焊接的首要条件润湿是焊接的首要条件第14页/共75页第十五页，共76页。润湿力（润湿力（Wa）BBSVSVCCSLSLAALVLV当固、液、气三相达到当固、液、气三相达到当固、液、气三相达到当固、液、气三相达到(d do)(d

17、 do)平衡时：平衡时：平衡时：平衡时：BSV=CSL+ALV COS BSV=CSL+ALV COS BSV BSV：固体与气体之间的界面张力：固体与气体之间的界面张力：固体与气体之间的界面张力：固体与气体之间的界面张力 可以将可以将可以将可以将BSVBSV看作是液体在固体表面漫流看作是液体在固体表面漫流看作是液体在固体表面漫流看作是液体在固体表面漫流(mn li)(mn li)的力（润湿力：的力（润湿力：的力（润湿力：的力（润湿力：WaWa）CSL CSL：固体与液体之间的界面张力：固体与液体之间的界面张力：固体与液体之间的界面张力：固体与液体之间的界面张力ALV ALV：液体与气体之间的

18、界面张力：液体与气体之间的界面张力：液体与气体之间的界面张力：液体与气体之间的界面张力 BSVBSV与与与与CSLCSL的作用力都沿固体表面，但方向相反。的作用力都沿固体表面，但方向相反。的作用力都沿固体表面，但方向相反。的作用力都沿固体表面，但方向相反。设润湿力为设润湿力为设润湿力为设润湿力为WaWa，其近似值：其近似值：其近似值：其近似值：将将将将BSVBSV代入式中代入式中代入式中代入式中S S：固体：固体：固体：固体(gt)(gt)L L：液体：液体：液体：液体V V：气体：气体：气体：气体 ：润湿角：润湿角：润湿角：润湿角L L液体液体液体液体S S固体固体固体固体Wa BWa BS

19、VSV+A+ALVLV-C-CSLSLWa=Wa=CCSLSL+A+ALVLV COS COS+A+ALVLV-C-CSLSL Wa Wa=A=ALVLV（1+1+COSCOS ）润湿力关系式润湿力关系式润湿力关系式润湿力关系式V V气体气体气体气体从润湿力关式可以看出：润湿角从润湿力关式可以看出：润湿角从润湿力关式可以看出：润湿角从润湿力关式可以看出：润湿角 越小，润湿力越大越小，润湿力越大越小，润湿力越大越小，润湿力越大第15页/共75页第十六页，共76页。分子运动分子运动润湿润湿(rn sh)条条件件（a a a a）液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。）液态焊料与母材之间有良

20、好的亲和力，能互相溶解。）液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。）液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是物互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是物互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是物互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是物质固有的性质。质固有的性质。质固有的性质。质固有的性质。（b b b b）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它(qt)(qt)(qt)(qt)污染污染污染污染物。物。

21、物。物。清洁的表面使焊料与母材原子紧密接近，产生引力，称清洁的表面使焊料与母材原子紧密接近，产生引力，称清洁的表面使焊料与母材原子紧密接近，产生引力，称清洁的表面使焊料与母材原子紧密接近，产生引力，称为润湿力。为润湿力。为润湿力。为润湿力。当焊料与被焊金属之间有氧化层和其它当焊料与被焊金属之间有氧化层和其它当焊料与被焊金属之间有氧化层和其它当焊料与被焊金属之间有氧化层和其它(qt)(qt)(qt)(qt)污染物时，污染物时，污染物时，污染物时，妨碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊妨碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊妨碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成

22、虚焊妨碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊的原因之一。的原因之一。的原因之一。的原因之一。第16页/共75页第十七页，共76页。分子运动分子运动表面张力表面张力(biominzhngl)表面张力表面张力表面张力表面张力在不同相共同存在的体系在不同相共同存在的体系在不同相共同存在的体系在不同相共同存在的体系(tx)(tx)(tx)(tx)中，由于相界面中，由于相界面中，由于相界面中，由于相界面分子与体相内分子之间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现分子与体相内分子之间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现分子与体相内分子之间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现分子与体相内分子之

23、间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现象。象。象。象。由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此抵消，合力抵消，合力抵消，合力抵消，合力=0=0=0=0。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气分子对它的引力，因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。分子对它的引力，因此液体表面都有自动

24、缩成最小的趋势。分子对它的引力，因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。分子对它的引力，因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。大气大气(dq(dq)大气大气液体内部分子受力合力液体内部分子受力合力=0=0液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力第17页/共75页第十八页，共76页。分子运动分子运动表面张力表面张力(biominzhngl)与与润湿力润湿力 熔融焊料熔融焊料熔融焊料熔融焊料(hnlio)(hnlio)

25、(hnlio)(hnlio)在金属表面润湿的程度除了与液在金属表面润湿的程度除了与液在金属表面润湿的程度除了与液在金属表面润湿的程度除了与液态焊料态焊料态焊料态焊料(hnlio)(hnlio)(hnlio)(hnlio)与母材表面清洁程度有关，还与液态焊与母材表面清洁程度有关，还与液态焊与母材表面清洁程度有关，还与液态焊与母材表面清洁程度有关，还与液态焊料料料料(hnlio)(hnlio)(hnlio)(hnlio)的表面张力有关。的表面张力有关。的表面张力有关。的表面张力有关。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润

26、湿。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。第18页/共75页第十九页，共76页。分子运动分子运动表面张力在焊接表面张力在焊接(hnji)中中的作用的作用 再流焊再流焊再流焊再流焊当焊膏达到熔融温度时，在平衡的表面张力的作用下，会产生当焊膏达到熔融温度时，在平衡的表面张力的作用下，会产生当焊膏达到熔融温度时，在平衡的表面张力的作用下，会产生当焊膏达到熔融温度时，在平衡的表面张力的作用下，会产生自定位效应（自定位效应（自定

27、位效应（自定位效应（self alignmentself alignmentself alignmentself alignment）。表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比）。表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比）。表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比）。表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易较宽松，比较容易较宽松，比较容易较宽松，比较容易(rngy)(rngy)(rngy)(rngy)实现高度自动化与高速度。同时也正因为实现高度自动化与高速度。同时也正因为实现高度自动化与高速度。同时也正因为实现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流再流再流再流动动动动”及及及及“自定位效应自定

28、位效应自定位效应自定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥严格的要求。如果表面张力不平衡，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。接、等焊接缺陷。接、等焊接缺陷。接、等焊接缺陷。第19页/共75页第二十页，共76页。波峰焊波峰焊波峰焊波峰

29、焊波峰焊时，由于表面张力与润湿波峰焊时，由于表面张力与润湿波峰焊时，由于表面张力与润湿波峰焊时，由于表面张力与润湿(rn sh)(rn sh)(rn sh)(rn sh)力力力力的方向相反，因此表面张力是不利于润湿的方向相反，因此表面张力是不利于润湿的方向相反，因此表面张力是不利于润湿的方向相反，因此表面张力是不利于润湿(rn sh)(rn sh)(rn sh)(rn sh)的的的的因素之一。因素之一。因素之一。因素之一。SMDSMD波峰焊时表面张力造成阴影波峰焊时表面张力造成阴影(ynyng)(ynyng)效应效应第20页/共75页第二十一页，共76页。熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要熔

30、融合金的粘度与表面张力是焊料的重要(zhngyo)(zhngyo)性能。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。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。锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关。配比（配比（W%）表面张力表面张力(N/cm)粘度（粘度（mPas)SnPb20804.6710-32.7230704.710-32.4550504.7610-32.1963374.910-31.9780205.1410-31.92锡铅合金配比与表面张力锡铅合金

31、配比与表面张力(biominzhngl)及粘度的关系（及粘度的关系（280测试）测试）粘度粘度(zhn d)与表面张力与表面张力第21页/共75页第二十二页，共76页。分子运动分子运动焊接中降低焊接中降低(jingd)表面张力和黏度表面张力和黏度的措施的措施提高温度提高温度提高温度提高温度升温可以降低黏度和表面张力的作用。升温可以降低黏度和表面张力的作用。升温可以降低黏度和表面张力的作用。升温可以降低黏度和表面张力的作用。升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内分子对升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内分子对升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内分子对升高温度可以

32、增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内分子对表面分子的引力。表面分子的引力。表面分子的引力。表面分子的引力。适当的金属适当的金属适当的金属适当的金属(jnsh)(jnsh)(jnsh)(jnsh)合金比例合金比例合金比例合金比例SnSnSnSn的表面张力很大，增加的表面张力很大，增加的表面张力很大，增加的表面张力很大，增加PbPbPbPb可以可以可以可以降低表面张力。降低表面张力。降低表面张力。降低表面张力。63Sn/37Pb63Sn/37Pb63Sn/37Pb63Sn/37Pb表面张力明显减小。表面张力明显减小。表面张力明显减小。表面张力明显减小。表 mn/m 粘 面 度 张 540 力 52

33、0 500 T（）480 10 20 30 40 50 Pb含量%温度对黏度的影响 250时Pb含量与表面张力(biominzhngl)的关系 第22页/共75页第二十三页，共76页。增加活性剂增加活性剂增加活性剂增加活性剂能有效地降低焊料的表面能有效地降低焊料的表面能有效地降低焊料的表面能有效地降低焊料的表面(biomin)(biomin)(biomin)(biomin)张张张张力，还可以去掉焊料的表面力，还可以去掉焊料的表面力，还可以去掉焊料的表面力，还可以去掉焊料的表面(biomin)(biomin)(biomin)(biomin)氧化层。氧化层。氧化层。氧化层。改善焊接环境改善焊接环境

34、改善焊接环境改善焊接环境采用氮气保护焊接可以减少高温氧采用氮气保护焊接可以减少高温氧采用氮气保护焊接可以减少高温氧采用氮气保护焊接可以减少高温氧化。提高润湿性化。提高润湿性化。提高润湿性化。提高润湿性第23页/共75页第二十四页，共76页。毛细管现象毛细管现象(xinxing)n n毛细管现象毛细管现象毛细管现象毛细管现象(xinxing)(xinxing)是液体在狭窄间隙中流动时表现出来是液体在狭窄间隙中流动时表现出来是液体在狭窄间隙中流动时表现出来是液体在狭窄间隙中流动时表现出来的特性。的特性。的特性。的特性。n n将两块平行的金属板或细管插入液体中，金属板内侧与外侧的将两块平行的金属板或

35、细管插入液体中，金属板内侧与外侧的将两块平行的金属板或细管插入液体中，金属板内侧与外侧的将两块平行的金属板或细管插入液体中，金属板内侧与外侧的液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则内侧的液液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则内侧的液液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则内侧的液液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则内侧的液面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面将低于外侧的面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面将低于外侧的面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面将低于外侧的面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面将低于外侧的液面。液面。液面。液面。液

36、体能够液体能够液体能够液体能够(nnggu)(nnggu)润湿金属板润湿金属板润湿金属板润湿金属板液体不能润湿金属板液体不能润湿金属板液体不能润湿金属板液体不能润湿金属板在熔融焊料中也存在毛细管现象在熔融焊料中也存在毛细管现象在熔融焊料中也存在毛细管现象在熔融焊料中也存在毛细管现象第24页/共75页第二十五页，共76页。毛细管现象毛细管现象(xinxing)在焊接中的作在焊接中的作用用n n在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液态钎料能够充分流入到两个态钎料

37、能够充分流入到两个态钎料能够充分流入到两个态钎料能够充分流入到两个(li(li n n )焊件的缝隙中。焊件的缝隙中。焊件的缝隙中。焊件的缝隙中。n n例如通孔元件在波峰焊、手工焊时，当间隙适当时，例如通孔元件在波峰焊、手工焊时，当间隙适当时，例如通孔元件在波峰焊、手工焊时，当间隙适当时，例如通孔元件在波峰焊、手工焊时，当间隙适当时，毛细作用能够促进元件孔的毛细作用能够促进元件孔的毛细作用能够促进元件孔的毛细作用能够促进元件孔的“透锡透锡透锡透锡”。n n又例如再流焊时，毛细作用能够促进元件焊端底面又例如再流焊时，毛细作用能够促进元件焊端底面又例如再流焊时，毛细作用能够促进元件焊端底面又例如再

38、流焊时，毛细作用能够促进元件焊端底面与与与与PCBPCB焊盘表面之间液态焊料的流动。焊盘表面之间液态焊料的流动。焊盘表面之间液态焊料的流动。焊盘表面之间液态焊料的流动。n n液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象，有液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象，有液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象，有液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象，有利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、浸润，因此毛细管现象有利于焊接的浸润，因此毛细管现象有利于焊接的浸润，因此

39、毛细管现象有利于焊接的浸润，因此毛细管现象有利于焊接的 。第25页/共75页第二十六页，共76页。毛细作用毛细作用液体在毛细管中上升液体在毛细管中上升(shngshng)高高度的表达式度的表达式 式中：H毛细管中液柱的高度液体（焊料）的表面张力液体（焊料）的密度g 重力(zhngl)加速度R 毛细管半径 22H=H=gR gR从式中看出液体在毛细管中上升高度：从式中看出液体在毛细管中上升高度：从式中看出液体在毛细管中上升高度：从式中看出液体在毛细管中上升高度：与表面张力与表面张力与表面张力与表面张力(biominzhngl)(biominzhngl)成正比；成正比；成正比；成正比；与液体的密度

40、、比重成反比；与液体的密度、比重成反比；与液体的密度、比重成反比；与液体的密度、比重成反比；与毛细管直径有关。与毛细管直径有关。与毛细管直径有关。与毛细管直径有关。第26页/共75页第二十七页，共76页。金属原子以结晶排列，原子间作用力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。平衡，保持晶格的形状和稳定。当金属与金属接触时，界面上晶格紊当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱导致乱导致(dozh)部分原子从一个晶格点阵部分原子从一个晶格点阵移动到另一个晶格点阵。移动到另一个晶格点阵。扩散条件：相互距离（金属表面清洁扩散条件：相互距离（金属表面清洁(qngji)，无氧化层和其它杂质，

41、无氧化层和其它杂质，两块金属原子间才会发生引力）两块金属原子间才会发生引力）温度（在一定温度下金属分子才具有动能）温度（在一定温度下金属分子才具有动能）（2 2）扩散）扩散(kusn)(kusn)四种扩散形式：四种扩散形式：表面扩散；晶内扩散；表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散。晶界扩散；选择扩散。扩散的类型扩散的类型 原晶格原晶格原晶格原晶格 置换型置换型置换型置换型 间隙型间隙型间隙型间隙型第27页/共75页第二十八页，共76页。PbSnSn表面表面(biomin)扩散扩散向晶粒内扩散向晶粒内扩散(kusn)分割分割(fng)晶粒扩散晶粒扩散选择扩散选择扩散表面扩散、晶内扩散、晶界扩散

42、、选择扩散示意表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图图Cu表面表面熔融熔融Sn/Pb焊料侧焊料侧晶粒晶粒第28页/共75页第二十九页，共76页。（3）溶解）溶解(rngji)n n母材表面的母材表面的母材表面的母材表面的CuCuCuCu分子被熔融分子被熔融分子被熔融分子被熔融(rngrng)(rngrng)(rngrng)(rngrng)的液态焊料溶解或的液态焊料溶解或的液态焊料溶解或的液态焊料溶解或溶蚀。溶蚀。溶蚀。溶蚀。第29页/共75页第三十页，共76页。金属(jnsh)间结合层 Cu3Sn和Cu6Sn5金属金属(jnsh)间结合层间结合层Cu3Sn和和Cu6Sn5放大放大(fng

43、d)1,000倍的倍的QFP引脚焊点横截面图引脚焊点横截面图以以63Sn/37Pb焊料为例，焊料为例，共晶点为共晶点为183 焊接后（焊接后（210-230）生成金属间结合层：生成金属间结合层：CuCu6 6SnSn5 5和和和和CuCu3 3SnSn（4 4 4 4）冶金结合，冶金结合，冶金结合，冶金结合，形成形成结合层（结合层（结合层（结合层（金属间扩散、溶解的结果金属间扩散、溶解的结果金属间扩散、溶解的结果金属间扩散、溶解的结果）最后冷却凝固形成焊点最后冷却凝固形成焊点最后冷却凝固形成焊点最后冷却凝固形成焊点第30页/共75页第三十一页，共76页。三三.焊点强度和连接焊点强度和连接(li

44、nji)可靠性可靠性分析分析评价焊点强度、连接可靠性需要进行评价焊点强度、连接可靠性需要进行(jnxng)可靠可靠性试验性试验焊点的强度、连接可靠性主要包括焊点的强度、连接可靠性主要包括焊点的强度、连接可靠性主要包括焊点的强度、连接可靠性主要包括(boku)(boku)两方面内容：两方面内容：两方面内容：两方面内容：机械可靠性和电气化学可靠性。机械可靠性和电气化学可靠性。机械可靠性和电气化学可靠性。机械可靠性和电气化学可靠性。焊点的强度、连接可靠性焊点的强度、连接可靠性焊点的强度、连接可靠性焊点的强度、连接可靠性与钎缝的金相组织结构、结合层的厚度有关与钎缝的金相组织结构、结合层的厚度有关与钎缝

45、的金相组织结构、结合层的厚度有关与钎缝的金相组织结构、结合层的厚度有关第31页/共75页第三十二页，共76页。可靠性试验可靠性试验(shyn)的主要内容的主要内容(a)(a)机械可靠性试验机械可靠性试验机械可靠性试验机械可靠性试验(shyn)(shyn)：静电损伤试验静电损伤试验静电损伤试验静电损伤试验(shyn)(shyn)；疲劳试验；疲劳试验；疲劳试验；疲劳试验(shyn)(shyn)（热疲劳、机械疲（热疲劳、机械疲（热疲劳、机械疲（热疲劳、机械疲劳）；冲击试验劳）；冲击试验劳）；冲击试验劳）；冲击试验(shyn)(shyn)（跌落冲击、震动冲击）。（跌落冲击、震动冲击）。（跌落冲击、震动

46、冲击）。（跌落冲击、震动冲击）。(b)(b)电气化学可靠性试验电气化学可靠性试验电气化学可靠性试验电气化学可靠性试验(shyn)(shyn)：电（离子）迁移；绝缘电阻；腐蚀试验电（离子）迁移；绝缘电阻；腐蚀试验电（离子）迁移；绝缘电阻；腐蚀试验电（离子）迁移；绝缘电阻；腐蚀试验(shyn)(shyn)。第32页/共75页第三十三页，共76页。评价焊点可靠性试验的主要评价焊点可靠性试验的主要(zhyo)方法方法n n温度循环；热冲击；高温高湿储存温度循环；热冲击；高温高湿储存温度循环；热冲击；高温高湿储存温度循环；热冲击；高温高湿储存(ch(ch cn)cn)；潮热；潮热；潮热；潮热；高压锅煮；

47、跌落；振动；三点、五点弯曲等。高压锅煮；跌落；振动；三点、五点弯曲等。高压锅煮；跌落；振动；三点、五点弯曲等。高压锅煮；跌落；振动；三点、五点弯曲等。n n通过可靠性试验后再进行以下检查和测试：外观及通过可靠性试验后再进行以下检查和测试：外观及通过可靠性试验后再进行以下检查和测试：外观及通过可靠性试验后再进行以下检查和测试：外观及表面检查；金相切片分析；表面检查；金相切片分析；表面检查；金相切片分析；表面检查；金相切片分析；焊点强度测试；染色试焊点强度测试；染色试焊点强度测试；染色试焊点强度测试；染色试验；最后还要做验；最后还要做验；最后还要做验；最后还要做PCBAPCBA功能测试。功能测试。

48、功能测试。功能测试。n n有关可靠性与可靠性检测也是一门学科。有关可靠性与可靠性检测也是一门学科。有关可靠性与可靠性检测也是一门学科。有关可靠性与可靠性检测也是一门学科。第33页/共75页第三十四页，共76页。影响焊点影响焊点(hn din)强度和连接可靠强度和连接可靠性的性的主要因素分析主要因素分析（1 1）钎缝的金相组织）钎缝的金相组织（2 2）金属间结合层的厚度）金属间结合层的厚度（3 3）焊接）焊接(hnji)(hnji)材料的质量材料的质量（4 4）焊料量）焊料量（5 5）PCBPCB设计设计第34页/共75页第三十五页，共76页。（1）钎缝的金相）钎缝的金相(jn xin)组织组织

49、（a a）固溶体钎缝组织）固溶体钎缝组织）固溶体钎缝组织）固溶体钎缝组织固溶体组织具有良好固溶体组织具有良好固溶体组织具有良好固溶体组织具有良好(lingh(lingh o)o)的强度和塑性，有利于焊点性能。的强度和塑性，有利于焊点性能。的强度和塑性，有利于焊点性能。的强度和塑性，有利于焊点性能。（b b）共晶体钎缝组织）共晶体钎缝组织）共晶体钎缝组织）共晶体钎缝组织一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，另一方面钎料与固体母材能形一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，另一方面钎料与固体母材能形一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，另一方面钎料与固体母材能形一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，

50、另一方面钎料与固体母材能形成共晶体。成共晶体。成共晶体。成共晶体。（c c）金属间化合物钎缝组织）金属间化合物钎缝组织）金属间化合物钎缝组织）金属间化合物钎缝组织冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合物外，也可能冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合物外，也可能冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合物外，也可能冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合物外，也可能由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。钎缝中过多的化合物对焊点的性能