焊接原理与焊点可靠性共66页文档
锡焊可靠性分析
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松香酸和Cu2O反应生成松香酸铜。松香酸在常温下
和300℃以上不能和Cu2O起反应。 （2）溶融盐去除氧化膜——一般采用氯离子Cl-或氟离 子F- ，使氧化膜生成氯化物或氟化物。 （3）母材被溶蚀——活性强的助焊剂容易溶蚀母材。
（4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。
性质
良性，强 度高 恶性，强 度差，脆 性
白色 焊料润湿 Sn与Cu 到Cu时 之间的界 立即生成 面
温度高、 焊接时间 长引起
Cu与 灰色 Cu6Sn5之 间
Cu Cu3Sn Cu6Sn5 富Pb层 Sn/Pb
金属间合金层厚度与抗拉强度的关系
金属间合金层厚度（μm）
拉伸力 （千lbl/in2）
*厚度为0.5μm时抗拉强度最佳； *0.5~4μm时的抗拉强度可接受； *＜0.5μm时，由于金属间 合金层太薄，几乎没有强度；
熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。
大气 大气
液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力 液体内部分子受力合力=0
表面张力与润湿力
分子运动 熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与
母材表面清洁程度有关，还与液态焊料的表面张力有关。
表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。
表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。
锡焊可靠性分析
内容
一. 概述 二. 锡焊原理 三. 焊点可靠性分析 四. 关于无铅焊接机理 五. 锡基焊料特性
一. 概述
熔焊 焊接种类 压焊 钎焊
熔焊
压焊
钎焊
超声压焊 金丝球焊 激光焊
电子装配的核心——连接技术：焊接技术
焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性1. 焊点质量的重要性焊接是一种常见的金属连接方法，它在各种工业领域都有广泛的应用。
焊点的质量直接关系到焊接件的强度、可靠性和寿命。
因此，焊点质量的高低对于产品的质量以及人身安全都具有重要的影响。
2. 影响焊点质量的因素焊点的质量受多种因素的影响，以下是几个常见的因素：2.1. 焊接材料的选择焊接材料的选择对焊点质量具有重要影响。
合适的焊接材料可以提高焊点的强度和韧性，从而提高焊接件的可靠性。
一般来说，焊接件的材料应与被焊接材料具有良好的相容性，以确保焊接的质量。
2.2. 焊接工艺参数的控制焊接工艺参数，如焊接电流、焊接时间和焊接速度等，对焊点的质量起着重要的影响。
过高或过低的焊接电流可能导致焊点的气孔和裂纹，影响焊接件的可靠性。
因此，必须严格控制焊接工艺参数，以获得高质量的焊点。
2.3. 表面处理焊接前的表面处理对焊点质量也具有重要影响。
表面的油污、氧化物以及其他污染物可能导致焊接时的缺陷或不良结构，降低焊点的质量。
因此，在焊接前必须对工件进行适当的清洗和处理，确保焊点质量可靠。
3. 焊点质量的检测方法为了保证焊点的质量和可靠性，需要对焊点进行有效的质量检测。
以下是一些常见的焊点质量检测方法：3.1. 目测检测目测检测是最简单的焊点质量检测方法之一。
通过肉眼观察焊点表面的情况，判断焊点是否存在裂纹、疏松和气孔等缺陷。
这种方法成本低廉，操作简单，但对于微小缺陷的检测效果较差。
3.2. X射线检测X射线检测是一种非破坏性的焊点检测方法。
通过照射焊点并观察照片来检测焊点内部的缺陷。
X射线检测能够发现微小的裂纹和气孔，可以较为准确地评估焊点的质量。
然而，X射线设备的成本较高，需要专业人员进行操作。
3.3. 超声波检测超声波检测是一种常用的焊点质量检测方法。
通过发送超声波脉冲并接收回波，来评估焊点内部的缺陷情况。
超声波检测可以检测到焊点的裂纹、夹渣和未熔合等缺陷，具有较高的灵敏度和准确性。
焊点可靠性研究详解
SMT焊点可靠性研究前言近几年﹐随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术(SMT)的飞速发展﹐SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。
与通孔组装技术THT(Through Hole Technology)相比﹐SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。
THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后﹐填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性﹐镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素﹐一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。
但在表面组装技术中﹐铅料的填缝尺寸相对较小﹐铅料的圆角(或称边堡)部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用﹐焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多﹐铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。
另外﹐表面组装技术中大尺寸组件(如陶瓷芯片载体)与印制线路板的热膨胀系数相差较大﹐当温度升高时﹐这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。
如果温度超过铅料的使用温度范围﹐则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。
对于小尺寸组件﹐虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低﹐但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为(蠕变和应力松弛)存在着蠕变损伤失效。
因此﹐焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。
80年代以来﹐随着电子产品集成水平的提高,各种形式﹑各种尺寸的电子封装器件不断推出﹐使得电子封装产品在设计﹑生产过程中,面临如何合理地选择焊盘图形﹑焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。
同时﹐迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断﹑对工艺参数的设置做出决策。
目前﹐在表面组装组件的封装和引线设计﹑焊盘图形设计﹑焊点铅料量的选择﹑焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则﹐对工艺参数的选择﹑焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。
因此﹐迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径﹐有效地提高表面组装技术的设计﹑工艺水平。
焊接原理与焊点可靠性
Sn-Ag-Cu无铅焊料中Ag与Sn在221℃形成 共晶板状的Ag3Sn合金
板状的Ag 3Sn较硬，当Ag含量超过3.5wt%以后（出现 过共晶成分）拉伸强度降低，容易造成疲劳寿命降低， 因此推荐使用低Ag的 Sn3Ag0.5Cu。 结论：“在共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移”
三. 焊点可靠性分析
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 之间的界面结合力非常脆弱，当受到温度、振动等冲击，就会在焊
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
物理学——润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解 化学——助焊剂分解、氧化、还原、电极电位
配比（W%） Sn Pb 表面张力(N/cm) 粘度（mPa•s)
20
30 50 63
80
70 50 37
4.67×10-3
4.7×10-3 4.76×10-3 4.9×10-3
2.72
2.45 2.19 1.97
80
20
5.14×10-3
1.92
焊接中降低表面张力和黏度的措施
①提高温度——升温可以降低黏度和表面张力的作用。 分子运动 升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内 分子对表面分子的引力。 ②适当的金属合金比例——Sn的表面张力很大，增加Pb可以降 低表面张力。63Sn/37Pb表面张力明显减小。
(完整word版)焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性机电工程学院微电子制造工程1000150312 黄荣雷摘要：本文介绍了Sn-Pb合金焊接点发失效的各种表现形式，探讨失效的各种原因。
在实践基础上，指出如何在工艺上进行改进已改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
1前言电子产品的"轻、薄、短、小"化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，在电子行业中，虽然无铅焊料的研究取得很大进步，在世界范围内已开始推广应用，而且环保问题也受到人们的广泛关注，但是由于诸多的原因，采用Sn-Pb焊料合金的软钎焊技术现在仍然是电子电路的主要连接技术。
文中将就Sn-Pn焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行较全面地介绍。
2焊点的外观评价良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
其外观表现为：（1）良好的湿润；（2）适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位（或焊端），元件高度适中；（3）完整而平滑光亮的表面。
原则上，这些准则适合于SMT中的一切焊接方法焊出的各类焊点。
此外焊接点的边缘应当较薄，若焊接表面足够大，焊料与焊盘表面的湿润角以300以下为好，最大不超过600。
3寿命周期内焊点的失效形式考虑到失效与时间的关系，失效形式分为三个不同的时期，如图1所示。
（1）早期失效阶段，主要是质量不好的焊点大量发生失效，也有部分焊点是由于不当的工艺操作与装卸造成的损坏。
可以通过工艺过程进行优化来减少早期失效率。
（2）稳定失效率阶段，该阶段大部分焊点的质量良好，失效的发生率（失效率）很低，且比较稳定。
（3）寿命终结阶段，失效主要由累积的破环性因素造成，包括化学的、冶金的、热-机械特性等因素，比如焊料与被焊金属之间发生金属化合反应，或热-机械应力造成焊点失效。
锡焊原理与焊点可靠性分析-经典课件
冷却后形成焊点
材料力学——强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中
锡焊原理与焊点可靠性分析-经典
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
（1）松香去除氧化膜——松香的主要成分是松香酸， 融点为74℃。170℃呈活性反应， 300℃以上无活性。 松香酸和Cu2O反应生成松香酸铜。松香酸在常温下 和300℃以上不能和Cu2O起反应。
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=0。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。
熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。
大大气
液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力
锡焊原理与液焊点体可靠内性部分析分-经子典 受力合力=0
（2）溶融盐去除氧化膜——一般采用氯离子Cl-或氟离 子F- ，使氧化膜生成氯化物或氟化物。
（3）母材被溶蚀——活性强的助焊剂容易溶蚀母材。
（4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。 锡焊原理与焊点可靠性分析-经典
2. 助焊剂与焊料的反应 （1）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的HCl，与SnO
起还原反应。 （2）活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张力，
Wa = CSL +ALV COSθ+ ALV- CSL Wa = ALV（1 + COSθ ）——润湿力关系式
S：固体 L：液体 V：气体 θ ：润湿角
从润湿力关式可以看出：润湿角锡焊θ越原理小与，焊点润可湿靠性力分越析-大经典
润湿条件
（a）液态焊料分与子母运材动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
锡焊原理与焊点可靠性分析-经典63页PPT
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
63
锡焊原理与焊点可靠性分析-经典
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
(完整word版)焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性机电工程学院微电子制造工程1000150312 黄荣雷摘要：本文介绍了Sn-Pb合金焊接点发失效的各种表现形式，探讨失效的各种原因。
在实践基础上，指出如何在工艺上进行改进已改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
1 前言电子产品的"轻、薄、短、小"化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，在电子行业中，虽然无铅焊料的研究取得很大进步，在世界范围内已开始推广应用，而且环保问题也受到人们的广泛关注，但是由于诸多的原因，采用Sn-Pb焊料合金的软钎焊技术现在仍然是电子电路的主要连接技术。
文中将就Sn-Pn焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行较全面地介绍。
2 焊点的外观评价良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
其外观表现为：（1）良好的湿润；（2）适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位（或焊端），元件高度适中；（3）完整而平滑光亮的表面。
原则上，这些准则适合于SMT中的一切焊接方法焊出的各类焊点。
此外焊接点的边缘应当较薄，若焊接表面足够大，焊料与焊盘表面的湿润角以300以下为好，最大不超过600。
3 寿命周期内焊点的失效形式考虑到失效与时间的关系，失效形式分为三个不同的时期，如图1所示。
（1）早期失效阶段，主要是质量不好的焊点大量发生失效，也有部分焊点是由于不当的工艺操作与装卸造成的损坏。
可以通过工艺过程进行优化来减少早期失效率。
(2)稳定失效率阶段，该阶段大部分焊点的质量良好，失效的发生率(失效率)很低，且比较稳定。
(3)寿命终结阶段，失效主要由累积的破环性因素造成，包括化学的、冶金的、热-机械特性等因素，比如焊料与被焊金属之间发生金属化合反应，或热-机械应力造成焊点失效。
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41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
焊接原理与焊可靠性
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联