锡焊原理与焊点可靠性分析共62页
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
焊锡焊接原理
焊锡焊接原理
焊锡焊接原理是一种通过加热至熔化状态并利用焊锡作为填充材料在金属表面形成焊点的方法。
焊接是通过热量的传递来熔化感应部分金属，然后将填料–焊锡涂覆在接头处，让焊锡填充接头间的间隙并形成金属连接。
焊接时要掌握以下原理：
1. 焊锡熔点原理：焊锡的熔点一般较低，通常为183°C至215°C之间。
在焊接过程中，应根据不同的工作温度选择合适的焊锡。
2. 流动性原理：焊锡具有良好的流动性，可以通过正确的加热控制从一侧流入接头的间隙中，并在冷凝后形成牢固连接的焊点。
3. 清洁原理：焊锡焊接的表面必须充分清洁，以确保焊接接触表面的干净和金属杂质的去除，从而提高焊点质量和强度。
4. 熔化和冷凝硬化原理：焊锡在加热后熔化，并在焊接部位冷却时重新凝固和硬化，形成一个稳定和牢固的焊接点。
5. 熔化温度控制原理：焊锡熔化温度应控制在合适的范围内，过高的温度会导致焊接点烧结或烧毁，而过低的温度会导致焊接点不牢固。
通过掌握以上焊锡焊接原理，能够有效实现金属件的连接和修复。
在实际操作中，还应注意焊接设备和工具的选择与使用，
以及焊接的硬度、焊缝形状、焊接时间和热量的控制，来提高焊点的质量和强度。
锡焊的原理
锡焊的原理锡焊是一种常见的金属连接方法，它利用熔化的锡来连接金属部件。
锡焊的原理可以简单描述为将熔化的锡填充到需要连接的金属表面，然后让锡冷却凝固，形成牢固的连接。
在实际应用中，锡焊的原理涉及到一系列物理和化学过程，下面将对锡焊的原理进行详细介绍。
首先，锡焊的原理涉及到熔化的锡。
锡的熔点相对较低，约为232摄氏度，这使得锡在焊接过程中能够迅速熔化并填充到金属表面的微小间隙中。
熔化的锡具有良好的流动性，能够在金属表面形成均匀的涂层，从而实现金属部件的连接。
其次，锡焊的原理还涉及到金属表面的清洁和预处理。
在进行锡焊之前，需要确保金属表面是干净的、无油污和氧化物。
通常会使用化学溶剂或机械方法清洁金属表面，以确保锡能够充分润湿金属表面并形成牢固的连接。
另外，锡焊的原理还涉及到焊接温度和热量传导。
在进行锡焊时，需要控制焊接温度，使得锡能够熔化而不使金属部件发生变形或损坏。
同时，热量传导也是锡焊原理中重要的一环，它影响着锡的流动性和润湿性，从而影响焊接质量。
此外，锡焊的原理还涉及到金属材料的选择和匹配。
不同的金属材料对锡焊的适用性有所不同，有些金属材料需要特殊的焊接工艺和焊接材料。
因此，在进行锡焊时，需要根据金属材料的特性来选择合适的锡焊工艺和材料，以确保焊接质量。
最后，锡焊的原理还涉及到焊接接头的设计和准备。
焊接接头的设计和准备对于锡焊的质量和稳定性至关重要。
合理的接头设计能够提高焊接面积和接触面积，从而增加焊接强度和稳定性。
总的来说，锡焊的原理涉及到熔化的锡、金属表面的清洁和预处理、焊接温度和热量传导、金属材料的选择和匹配以及焊接接头的设计和准备。
这些因素共同作用，确保了锡焊能够实现金属部件的牢固连接。
通过对锡焊原理的深入了解，可以更好地掌握锡焊技术，提高焊接质量和效率。
锡焊接原理
锡焊接原理锡焊接是一种常见的金属连接方法，它利用熔化的锡来连接两个或多个金属零件。
锡焊接广泛应用于电子、电器、机械、航空航天等领域，是一种重要的金属连接工艺。
本文将介绍锡焊接的原理，包括锡焊接的基本过程、原理和应用。
锡焊接的基本过程包括预热、涂锡、焊接和冷却四个步骤。
首先，预热是为了提高金属表面的温度，使其更容易与锡相互融合。
然后，在金属表面涂上一层薄薄的锡层，以便在焊接时锡能够充分润湿金属表面。
接下来，将需要连接的金属零件放置在一起，利用热源加热至锡的熔点，使锡融化并润湿金属表面，从而实现金属的连接。
最后，冷却过程是将焊接部位冷却至室温，使焊接处形成牢固的连接。
锡焊接的原理是利用锡和金属表面的原子间扩散和相互溶解来实现金属的连接。
在焊接过程中，锡会与金属表面发生化学反应，形成金属间化合物或固溶体，从而使金属零件之间形成牢固的连接。
同时，焊接时的温度和压力也会影响焊接效果，合适的温度和压力能够促进金属表面的润湿和扩散，从而提高焊接质量。
锡焊接在电子行业中有着广泛的应用。
在电路板的制造过程中，常常需要进行焊接以连接电子元件和导线。
锡焊接可以实现精细、稳定的焊接，使得电子元件能够牢固地固定在电路板上，并且能够传导电信号。
此外，在电子设备的维修和改装过程中，锡焊接也是一种常用的连接方法，它可以快速、灵活地连接电子元件，满足不同电路的需求。
除了电子行业，锡焊接还广泛应用于机械制造、航空航天等领域。
在机械制造中，锡焊接可以用于连接金属零件，实现机械结构的组装和修复。
在航空航天领域，锡焊接可以用于连接航天器的外壳和部件，确保航天器在极端环境下的可靠性和稳定性。
总之，锡焊接是一种重要的金属连接工艺，它的原理是利用锡和金属表面的原子间扩散和相互溶解来实现金属的连接。
锡焊接的基本过程包括预热、涂锡、焊接和冷却四个步骤。
锡焊接在电子、机械、航空航天等领域都有着广泛的应用，它能够实现精细、稳定的金属连接，满足不同领域的需求。
(配图)焊锡的基本原理
（配图）焊锡的基本原理说明电子组装要选用锡基焊料？为什么锡基焊料能将他们焊牢，又是怎样保证他们焊牢的？要回答这些问题先要了解有关锡焊的理论知识。
1．锡的亲和性人类使用锡铅焊料已经上千年的历史了，即使在无铅焊接中仍然离不开锡、锡为什么能作为焊料？首先，元素锡在元素周期表中的第五周期第四族元素，金属活性呈中性，熔点低，只有234℃。
锡具有良好的亲和性，很多金属都能溶解在锡基焊料中，并能与锡结合成金属间化合物。
从图1可以看出，金、银、铜、镍都能溶于焊料中，随着温度的升高溶解度增大，而这些金属又都是电子元器件常用的结构材料。
此外，锡还具有性能稳定、存储量大等诸多优点。
这些决定了它是最佳的焊锡材料，并一直延用至今。
2．焊点的形成过程图1 不同金属在锡中的溶解度图2 熔融焊料在焊盘上润湿、铺展、扩散图3 铜焊盘溶于液体焊料图4 铜焊盘与焊料起反应形成金属间化合物IMC3．润湿与润湿角θ润湿就是熔融焊料在被焊金属表面上形成均匀、平滑、连续的过程，没有润湿就不可能焊接。
影响润湿的三大因数：焊料与母材的原子半径和晶格类型，温度，助焊剂。
焊料与母材之间的润湿程度取决于两者之间的清洁程度，但它很难量化，润湿的程度常用焊料与母材之间的润湿角θ的大小来评估，如下图图 5 完全润湿图 6 润湿图7 不润湿图8 完全不润湿4．表面张力与毛细现象焊料、焊盘和阻焊剂之间存在着界面，界面分子受两物质内部分子的吸引力存在差异，这个差值就表现为表面张力。
图9毛细现象在焊接过程中焊料的表面张力同焊料与被焊金属之间的润湿力方向相反，它是不利于焊接的一个重要因素。
但表面张力是物质的特性，只能改变它不能消除它，它与所处的温度压力、组成以及接触物质性质有密切相关。
实践中我们通常靠升高温度、增加合金元素(加Pb)、增加活性剂、改善介质环境(N2)等几种方法来降低焊料的表面张力以提高焊料的润湿力。
当把细管插入液体中时，液体若能润湿细管，液面将呈凹面如图9，其本质是进入毛细管中液体表面张力的作用而产生的。
锡焊的原理
锡焊的原理
锡焊原理是一种通过加热和熔化锡，使其润湿金属表面，形成良好的金属间连接的焊接方法。
它主要通过以下步骤实现焊接：
1. 表面准备：首先，要将需要焊接的金属表面进行清洁和除氧处理。
这可以通过去除表面的油脂、污垢和氧化物，以及使用特殊的化学剂或抛光剂来实现。
这是为了确保焊接面具有良好的润湿性，有利于锡的润湿和扩散。
2. 加热和熔化锡：接下来，将焊料（通常是焊锡丝）放置在需要焊接的部位，并通过加热源加热，直至焊料完全熔化。
加热源可以是电加热炉、火焰或其他加热设备，其温度通常高于锡的熔点（约为232℃）。
3. 润湿和扩散：当焊锡熔化后，其液态状态使其能够润湿金属表面。
润湿是指焊锡在液态时与金属表面发生化学反应，形成金属间化合物。
这种润湿作用导致焊锡在金属表面形成一层均匀且致密的涂层。
4. 冷却和固化：一旦焊锡润湿金属表面，冷却就会在焊锡固化时发生。
焊锡会从液态转变为固态，形成一个结实的连接部位。
为了确保焊接质量，冷却过程应逐渐进行，以避免产生应力集中和裂纹。
总的来说，锡焊的原理是利用焊锡的熔点低于金属工件的熔点，通过润湿和扩散的化学反应，在高温下形成可靠的金属间连接。
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
焊点可靠性分析
• ①A-B-C线——液相线 • ②A-D、C-E线——固相线 • ③D-F、E-G线——溶解度曲线 • ④D-B-E线——共晶点 • ⑤L区——液体状态 • ⑥L+、L+区——二相混合状态 • ⑦ +区——凝固状态
有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金
Sn-Ag-Cu三元系焊料金相图
（3）与焊料量有关
拉伸力 （千lbl/in2）
*＞4μm时，由于金属间合金层 金属间合金层厚度与抗拉强度的关系 太厚，使连接处失去弹性，由于
金属间结合层的结构疏松、发脆，
也会使强度小。
金属间结合层的质量与厚度与以下因素有关：
(a)焊料的合金成份和氧化程度 （要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶； 含氧量应小于0.5%，最好控制在80ppm以下）
四. 焊接质量
合格的焊点
焊接缺陷（IPC标准）
IPC标准（分三级）
IPC焊点检验标准举例
SOP、QFP焊点检验标准 •
•
可接受二级
可接受三级
•
F=T/2+G
F=T+G
•
（F—焊点高度 T—引脚厚度 G—引脚底面焊料厚度）
• 产品质量是企业的生命线。SMT是 一项复杂的综合的系统工程技术。必须 从PCB设计、元器件、材料、以及工艺、 设备、规章制度等多方面进行控制，才 能保证SMT加工质量。
(b) 助焊剂质量（净化表面，提高浸润性） (c) 被焊接金属表面的氧化程度（只有在净化表面，才能发
生化学扩散反应） (d) 焊接温度和焊接时间
焊接热量是温度和时间的函数
• 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。