锡焊原理与焊点可靠性分析
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。
焊锡的原理是什么
焊锡的原理是什么
焊锡的原理是利用焊锡丝熔化后的液态金属填充焊接接头之间的间隙，形成强固的连接。
其基本原理包括以下几个方面：
1. 焊锡丝的熔化：当焊锡丝暴露在高温的热源下，如焊锡炉或焊锡枪，其熔点会被达到并开始熔化。
常见的无铅焊锡熔点约在230°C-250°C之间，而有铅焊锡的熔点更低，通常在180°C-190°C之间。
2. 焊锡的液态特性：一旦焊锡丝熔化，其表面张力会使其成为液态球形，从而能够均匀地分布在焊接接头表面。
这种液态表面张力使得焊锡能够在接头间形成均匀的涂层。
3. 表面湿润性：焊锡具有良好的润湿性，即焊锡能够在接头表面均匀分布，并与接头表面发生金属间的相互扩散，从而增强接触面的接触力，并形成更强固的焊接连接。
4. 金属间的互溶：焊锡与被焊接的金属表面发生相互扩散，使得焊锡与金属表面发生化学反应，形成类似合金的结构。
这种互溶现象能够增强焊接接头的力学性能，并提高焊接接头的稳定性。
综上所述，焊锡通过熔化后的液态金属填充焊接接头之间的间隙，并利用表面张力、润湿性和金属间的互溶等原理形成强固的焊接连接。
焊点可靠性分析技术要点
焊点可靠性分析技术要点1. 可焊性的评估和测试可焊性一般指金属表面被熔融焊料润湿的能力，润湿的过程如上所述，在电子行业中，可焊性评估的目的是验证元器件引脚或焊端的可焊性是否满足规定的要求和判断存储对元器件焊接到单板上的能力是否产生了不良影响，可焊性测试主要是测试镀层可润湿能力的稳健性（robustness）。
可焊性测试通常用于判断元器件和PCB在组装前的可焊性是否满足要求。
焊料润湿性能的试验方法有很多种，包括静滴法(Sessile drop)、润湿称量法(Wetting balance也称润湿平衡法)、浸锡法等。
图1为静滴法的示意图，该法是将液体滴落在洁净光滑的试样表面上，待达到平衡稳定状态后，拍照放大，直接测出润湿角θ，并可通过θ角计算相应的液—固界面张力。
该法中接触角θ可用于表征润湿合格与否，θ≤90°，称为润湿，θ>90°，称为不润湿，θ=0°，称为完全润湿，θ=180°，为完全不润湿。
润湿称量法则是将试样浸入焊锡中，测量提升时的荷重曲线，然后根据该荷重曲线，得出对润湿时间以及浮力进行修正后的润湿力。
以上两种方法为定量的方法，浸锡法则是定性的方法，是将试样浸入熔融焊料炉，观察焊料在镀层上的爬锡情况，凭经验定性评估镀层对焊料润湿情况，从而得出可焊性结论。
这种方法具有快捷、方便和费用少等特点，但是它的重复性和再现性Gauge R&R差，两个人在不同时间进行同一测试可能会得出不同的结论。
可焊性的测试方法，代表性的标准为“IPC/EIA J-STD-003B印制板可焊性试验”和“IPC/EIA/JEDEC J-STD-002C元件引线、焊接端头、接线片及导线的可焊性测试”。
润湿称量法由于其具有良好的重复性和再现性，受到多个标准的推荐使用。
影响可焊性的因素很多，主要有：焊料的合金组成、表面镀层（或者表面处理）、温度、助焊剂和时间等。
目前用于电子装配的焊料合金，主要以锡添加其它金属组成，添加的金属类型和量的比例，对润湿性能有很大影响。
《锡焊焊接工艺手册》
焊接工艺手册第一节焊接的原理一、 焊接原理:1．焊锡目的（1）电的接续（使金属与金属相接合，从而形成良好的电的导通）（2）机器的接续（使金属与金属相接合，从而固定两者之间的位置，实现持久的机械连接。
）（3）密闭的效果（通过焊锡可防止没有焊锡的部位进入空气、油、水等杂质）（4）其它（根据金属表面的镀金，可防止氧化处理）2．焊接的原理焊锡借助于助焊剂的作用，经过加热熔化成液态，进入被焊金属的缝隙，在焊接物的表面，形成金属合金使两种金属体牢固地连接在一起，不过焊接并不是通过熔化的焊料将元气件的引脚与焊盘进行简单的粘合，而是焊料中的锡与铜发生了化学反应，形成的金属合金就是焊锡中锡铅的原子进入被焊金属的晶格中生成的一种新的物质，因锡铅两种金属原子的壳层相互扩散，依靠原子间的内聚力使两种金属永久地牢固结合在一起。
如下图是放大1000倍的焊点剖面，这使我们清楚的看到在焊盘与焊料之间确实形成了新的物质，经过研究证明这种新物质是由Cu3Sn和Cu5Sn6。
3.焊接的分类不加热 超声波焊接加压焊（加热或不加热）加热到局部熔化 接触焊 对焊金属焊接手工烙铁焊（锡线）浸焊（锡条）锡焊（母材不熔化、焊料熔化） 焊锡波峰焊（锡条）再流焊（锡膏）4.有关焊锡之名词（1）点焊:将导线或元件脚穿过线路板或其它焊锡孔位,单个焊接在铜片位上,一次只焊接一个焊点.（2）贴焊:将零件脚、导线或排梳、排线等表面焊接在线路板其它锡点面上，一次只焊接一个焊点。
（3）拖焊：将排梳或排线穿过线路板锁孔，沿排孔方向进行焊接，一次可焊接多个焊点。
（4）执锡：过锡炉后的机芯板，有少锡、短路等不户锡点，需将其修改成完好锡点，即机芯执锡。
5.焊接必须具备的条件(1)、焊件必须具有良好的可焊性（在焊接时，由于高温使金属表面产生氧化膜，影响材料的可焊性，为了提高可焊性，一般采用表面镀锡、镀铜等措施来防止表面的氧化）(2)、焊件表面必须保持清洁（即使可焊性良好的焊件，由于储存或被污染，都可能在焊件表面产生有害的氧化膜和油污）(3)、要使用合适的助焊剂（不同的焊接工艺，应选择不同的助焊剂）(4)、焊件要加热到适当的温度（不但焊锡要加热到熔化，而且应该同时将焊件加热到能够熔化焊锡的温度）二．焊接的主要方法1. 焊接顺序（1）．将烙铁头在含水分的海绵上清理干净，准备焊接：左手拿锡丝，右手握烙铁，进入备焊状态。
焊锡的基本原理
焊锡的基本原理为什么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。
锡焊原理及手焊工艺
锡焊原理及手焊工艺锡焊是一种常用的焊接方法，通常用于连接电子元器件和电路板等。
它的原理是通过加热焊接材料和工件，使其熔化后再冷却凝固，从而形成连接。
锡焊的特点是焊点牢固，接触电阻小，焊接过程简单方便。
手焊是一种常见的锡焊技术，其工艺流程包括准备工作、装配工作和焊接操作。
下面将详细介绍锡焊原理及手焊工艺。
锡焊原理：锡焊是利用熔化的锡和附加剂来形成焊点的，焊锡中一般含有一定的添加剂，如铜、镍、铅等。
当加热焊锡时，其中的添加剂会与被焊接物质表面氧化层发生化学反应，使其失去保护性，以便与被焊接物质接触并融化，形成焊点。
通过冷却凝固后，焊点与工件形成坚固的连接。
手焊工艺：1.准备工作1.1准备所需要的工具和材料，如锡丝、焊台、焊台夹、焊锡笔、焊剂等。
1.2清洁工件，确保焊接表面无油污、氧化物和灰尘等杂质。
1.3插入锡丝，将锡丝放入焊锡笔的焊锡管内。
2.装配工作2.1将待焊接的元器件与电路板进行正确的装配，确保焊点位置准确。
2.2使用焊台夹固定工件，以保持焊接过程中的稳定性。
3.焊接操作3.1开启焊台，调整焊台温度为适当的值，通常为200-300℃。
3.2涂抹焊剂，使用刷子或棉球将适量焊剂均匀涂抹在焊接表面。
3.3加热焊接区域，将焊锡笔的热头放置在焊点附近，加热焊接区域。
3.4焊接连接，当焊点周围的焊剂融化后，将焊锡笔的热头移至焊点，使其充分熔化。
然后，将焊锡丝接触到焊点上，使其与焊接区域接触，形成焊点。
3.5冷却凝固，焊接完成后，等待焊点自然冷却，使其凝固。
4.焊接质量检验4.1观察焊点的外观，焊点应呈现圆润、平整和亮光的表面。
4.2测量焊点的电阻，焊接质量良好的焊点电阻应小。
总之，锡焊是一种常见的焊接方法，手焊作为其中的一种，具有简便、易掌握的特点。
通过正确的操作和技巧，可以实现高质量的手焊连接。
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
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锡铅合金配比与表面张力及粘度的关系（280℃测试）
配比（W%）
Sn
Pb
20
80
30
70
50
50
63
37
80
20
表面张力(N/cm)
4.67×10-3 4.7×10-3 4.76×10-3 4.9×10-3 5.14×10-3
界面总是趋于最小的现象。
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
液体内部分子受力合力=0
焊接方法（钎焊技术）
• 手工烙铁焊接 • 浸焊 • 波峰焊 • 回流焊
软钎焊
• 焊接学中，把焊接温度低于450℃的焊 接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。
软钎焊特点
• 钎料熔点低于焊件熔点。 • 加热到钎料熔化，润湿焊件。 • 焊接过程焊件不熔化。 • 焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层） • 焊接过程可逆。（解焊）
锡焊原理
（1）润湿 （2）扩散 （3）溶解 （4）冶金结合，形成结合层
（1）润湿
液体在固体表面漫流的物理现象
润湿是物质固有分的子性运质动
润湿是焊接的首要条件
润湿角θ
θ=焊料和母材之间的界面 与焊料表面切线之间的夹角
焊点的最佳润湿角 Cu----Pb/Sn 15~45 °
当θ=0°时，完全润湿；当θ=180°时，完全不润湿；
BSV与CSL的作用力都沿固体表面，但方向相反。 设润湿力为Wa，
其近似值：
Wa≈ BSV+ ALV- CSL
将BSV代入式中
Wa = CSL +ALV COSθ+ ALV- CSL Wa = ALV（1 + COSθ ）——润湿力关系式
从润湿力关式可以看出：润湿角θ越小，润湿力越大
润湿条件
（a）液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。 分子运动
波峰焊——波峰焊时，由于表面张力与润湿力的方向 相反，因此表面张力是不利于润湿的因素之一。
•SMD波峰焊时表面张力造成阴影效应
粘度与表面张力
• 熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。
• 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。
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。
（b）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。
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。
当焊料与被焊金属之间有氧化层和其它污染物时，妨 碍金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊 的原因之一。
表面张力
表面张力——在不同相共同存在的体系中，由于 相界面分子分与子体运相动内分子之间作用力不同，导致相
电子焊接——是通过熔融的焊料合 金与两个被焊接金属表面之间生成金属间合 金层（焊缝），从而实现两个被焊接金属之 间电气与机械连接的焊接技术。
二. 锡焊原理
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。
表面张力与润湿力
熔融焊分料子在运金动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。
表面张力在焊接中的作用
回流焊—分—子当运焊动膏达到熔融温度时，在平衡的表面张 力的作用下，会产生自定位效应（self alignment）。表 面张力使回流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易 实现高度自动化与高速度。同时也正因为“回流动”及 “自定位效应”的特点，回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、桥接、等焊接缺陷。
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。
（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。
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
表面清洁
冶金学——合金、合金层、金相、老化现象
焊件加热
熔锡润湿
扩散结合层
电学——电阻、热电动势
冷却后形成焊点
材料力学——强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中
润湿力（ Wa ）
当固、液、气三相达到平衡时：BSV= CSL +ALV COS θ
V气体
ALV
S：固体
BSV
θ
L液体
CSL
S固体
L：液体 V：气体 θ ：润湿角
BSV：固体与气体之间的界面张力
可以将BSV看作是液体在固体表面漫流的力（润湿力：Wa）
CSL 体与气体之间的界面张力
锡焊原理与焊点可靠性分析
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
熔焊 焊接种类 压焊
钎焊
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
焊接技术的重要性 ——焊点是元器件与印制电路 板电气连接和机械连接的连接点。焊点的结构和强 度就决定了电子产品的性能和可靠性。
（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。
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，
提高浸润性。 （3）焊料氧化，产生锡渣。 3.焊料与母材的反应
润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成结合层。