電路板焊接是用熔融焊料(填充金屬)將接合點(diǎn)表面潤(rùn)濕,并且在兩個(gè)金屬零件間形成冶金性結(jié)合。對(duì)于較高熔點(diǎn)的焊料,焊接技術(shù)被歸類為硬銲技術(shù),在定義上與一般的焊料焊接并不相同。焊接是重要的電子零件互連技術(shù),包括各種電子工業(yè)中不同階的組裝都需要用到這樣的技術(shù)。
人類使用焊接的技術(shù)已經(jīng)有千年以上歷史,但是由于近代對(duì)冶金學(xué)的逐步認(rèn)識(shí)才有較深入的理解。電路板焊接的行為模式可以粗略地分為三個(gè)階段,它們是:(1)擴(kuò)散分布(2)基材金屬熔解(3)介金屬層形成。
當(dāng)然在完成焊接作業(yè)后,金屬的狀態(tài)還會(huì)有后續(xù)的變化。電路板焊接作業(yè)中助焊劑或氣體都保持在流體狀態(tài),所謂的基材金屬指的是基板上所負(fù)載的導(dǎo)通連結(jié)金屬,這包含其表面處理的金屬層在內(nèi),如:浸金、浸錫、浸銀等等處理都是。
要進(jìn)行電路板焊接作業(yè),焊料必須要先加熱到熔融狀態(tài)。熔融的焊料會(huì)開(kāi)始潤(rùn)濕基材金屬表面,這與多數(shù)液體潤(rùn)濕物質(zhì)現(xiàn)象類似。潤(rùn)濕行為涉及液體的相互力量平衡,可以依據(jù)介面張力平衡來(lái)分析,典型的相互關(guān)系如下圖所示。
當(dāng)接觸角縮小到某個(gè)較小值時(shí),兩組矢量就會(huì)達(dá)到平衡而在金屬固體表面呈現(xiàn)平衡穩(wěn)定狀態(tài)。在電子焊接應(yīng)用上所謂的好焊點(diǎn),就是可以減少應(yīng)力集中,產(chǎn)生一個(gè)較小的焊料擴(kuò)散0值,典型的接點(diǎn)焊接狀況如下圖所示。
小的接觸角代表了較佳的潤(rùn)濕,比較容易流體擴(kuò)散分布決定于界面間張力的平衡,但是實(shí)際焊接時(shí)間短暫,若熔融焊料黏度高就會(huì)影響焊料流動(dòng)范圍,未必會(huì)到達(dá)實(shí)際平衡狀況。影響?zhàn)ざ鹊囊蛩刂?,比較大的除了材料本身特性外,溫度也是一個(gè)重要影響因子,這也是為何在討論黏度時(shí)會(huì)考率溫度的原因。
另外要增加焊料與助焊劑間的界面張力巳,就應(yīng)該要降低助焊劑的表面張力。因?yàn)橐罁?jù)專家的理論推導(dǎo)有以下的相互關(guān)系:
b = L (液態(tài)焊料表面張力)-Ff (助焊劑表面張力)
從公式中可以看到如果提升FtF的值,就必需要降低助焊劑的表面張力Ff。因此采用低表面張力助焊劑,不僅可以幫助擴(kuò)散同時(shí)可以增加液態(tài)焊料流動(dòng)。
金屬上熔化的焊料擴(kuò)散分布,并不足以形成良好的金屬鍵結(jié)。要形成良好的鍵結(jié),焊料與金屬必須在界面產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕换プ饔茫ǔ;慕饘贂?huì)熔解到焊料中完成鍵結(jié)以產(chǎn)生結(jié)合力。
'對(duì)于電子焊接所采用的技術(shù),經(jīng)常受到參與作用材料允許作業(yè)溫度相對(duì)偏低的限制,例如:220°C。而且可受熱的時(shí)間也比較短,經(jīng)常不會(huì)超過(guò)幾秒或幾分鐘,這當(dāng)然是受到材料的限制與產(chǎn)能的考量所致?;谶@些原因,基材金屬的互熔性就必需要容易而快速發(fā)生,才比較有利于焊接作業(yè)。
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