電路板焊料的原理解釋

2020-05-19 12:01:49 411

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?，通常基材金屬?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)。