焊錫教材1ppt課件

1、1焊錫一般訓(xùn)練教材焊錫一般訓(xùn)練教材(1)日期日期:5/82000焊錫介紹焊錫介紹2介面合金共化物介面合金共化物(Inter metallic Compound)廣義是指廣義是指:某些金屬相互接觸之介面間會產(chǎn)生一某些金屬相互接觸之介面間會產(chǎn)生一 種原子遷移互動之行為種原子遷移互動之行為, 組成一層類似組成一層類似 合金的化合物合金的化合物,稱為介面合金共化物稱為介面合金共化物.狹義是指狹義是指:銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物.3IMC之一般性質(zhì)之一般性質(zhì): 在高溫焊接或重熔時才會生成在高溫焊接或重熔時才會生成, ,有一定的組成有一定的組成 及晶體結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)

2、構(gòu), ,且其生長速度將與溫度成正比且其生長速度將與溫度成正比, , 常溫中較慢常溫中較慢, ,一直到出現(xiàn)金鉛阻絕層才會停止一直到出現(xiàn)金鉛阻絕層才會停止. . 常具有不良脆性常具有不良脆性, ,將會損及焊點的機械強度及將會損及焊點的機械強度及 壽命壽命, ,其中尤其對疲勞強度為害最烈其中尤其對疲勞強度為害最烈. .4 由於焊錫在介面附近的錫原子會逐漸移走由於焊錫在介面附近的錫原子會逐漸移走, ,而而 與底金屬組成與底金屬組成IMCIMC, ,使得該處的錫量減少使得該處的錫量減少, ,相對相對 的使得鉛量之比例增加的使得鉛量之比例增加, ,以致使得焊點展性增以致使得焊點展性增 大及固有強度降低大及

3、固有強度降低. . 焊墊上原有的熔錫層或噴錫層焊墊上原有的熔錫層或噴錫層, ,其與底銅之間其與底銅之間 已出現(xiàn)已出現(xiàn)“ “較厚較厚” ”的的IMCIMC后后, ,對該焊墊以后再續(xù)作對該焊墊以后再續(xù)作 焊接時會有很大妨礙焊接時會有很大妨礙, ,也就是在焊錫性或沾錫也就是在焊錫性或沾錫 性上都會出現(xiàn)劣化的情形性上都會出現(xiàn)劣化的情形. .5 焊點中由於錫銅結(jié)晶或錫銀合金的沉殿焊點中由於錫銅結(jié)晶或錫銀合金的沉殿, ,使得使得 該焊錫本身的硬度隨之增加該焊錫本身的硬度隨之增加, ,久之會有脆化麻久之會有脆化麻 煩煩. . IMCIMC會隨時間變化而逐漸增厚會隨時間變化而逐漸增厚, ,通常其已生長之通常其

4、已生長之 厚度與時間大約形成拋物線關(guān)系厚度與時間大約形成拋物線關(guān)系. .6 影響其焊錫性好壞的機理作用甚多影響其焊錫性好壞的機理作用甚多, ,其中要點其中要點 之一就是表面能的大小之一就是表面能的大小. . 凡底金屬之表面能大於焊錫之表面能時凡底金屬之表面能大於焊錫之表面能時, ,則其則其 沾錫性將非常好沾錫性將非常好, ,否則沾錫性會變差否則沾錫性會變差. .焊錫性與表面能之關(guān)系焊錫性與表面能之關(guān)系:7 底金屬表面能減去焊錫表面能而得到負(fù)值時底金屬表面能減去焊錫表面能而得到負(fù)值時, , 將出現(xiàn)縮錫將出現(xiàn)縮錫, ,負(fù)值愈大則焊錫愈差負(fù)值愈大則焊錫愈差, ,甚至造成不甚至造成不 沾錫地步沾錫地步

5、. . 新鮮的銅面在真空中的新鮮的銅面在真空中的“ “表面能表面能” ”可達(dá)可達(dá)12651265達(dá)達(dá) 因因/ /公分公分,63/37,63/37的焊錫加熱到共融點並在助焊的焊錫加熱到共融點並在助焊 劑之協(xié)助下劑之協(xié)助下, ,其表面能可達(dá)其表面能可達(dá)380380達(dá)因達(dá)因/ /公分公分. .焊錫性與表面能之關(guān)系焊錫性與表面能之關(guān)系:8當(dāng)熔融態(tài)焊錫落在清潔銅面上時當(dāng)熔融態(tài)焊錫落在清潔銅面上時, ,將會立即發(fā)生沾錫的焊接動作將會立即發(fā)生沾錫的焊接動作, ,此時也立即會有錫原子擴散到銅層中此時也立即會有錫原子擴散到銅層中去去, ,而銅原子也在瞬間同時擴散進入焊錫中而銅原子也在瞬間同時擴散進入焊錫中, ,

6、二者在交界面上形成二者在交界面上形成Cu6Sn5Cu6Sn5的的IMCIMC, ,稱為稱為n-phasen-phase( (讀作讀作EtaEta相相), ),此種新生化合物中含錫之重量比約占此種新生化合物中含錫之重量比約占60%.60%.錫銅介面合金化合物的生成錫銅介面合金化合物的生成:9焊錫在長時間老化中的各層次變化過程示意圖焊錫在長時間老化中的各層次變化過程示意圖:(a).最初狀態(tài)最初狀態(tài):n-phase Cu6Sn5生成生成,即圖中之即圖中之2部分部分.(b).錫分滲耗期錫分滲耗期:焊錫層焊錫層3中的錫分會不斷的流失而滲向中的錫分會不斷的流失而滲向IMC 去組成去組成Cu6Sn5,而銅份

7、也會滲向原有的而銅份也會滲向原有的n-phase去組成新去組成新 Cu3Sn,即圖中之即圖中之5.(c).多鉛之阻絕層多鉛之阻絕層:當(dāng)焊錫層中的錫份不斷流失而去組成更厚當(dāng)焊錫層中的錫份不斷流失而去組成更厚 的的IMC時時,鉛含量比例增加鉛含量比例增加,最后阻絕了錫的滲移最后阻絕了錫的滲移.(d).IMC曝露期曝露期10“兩種錫銅合金兩種錫銅合金IMC的比較表的比較表”命名命名分子式分子式出現(xiàn)經(jīng)過出現(xiàn)經(jīng)過位置所在位置所在顏色顏色結(jié)晶結(jié)晶性質(zhì)性質(zhì)表面能表面能n-phase(Eta)Cu6Sn5高溫融錫沾焊到清潔銅面時立即生成介於焊錫或純錫與銅之介面白色 球狀組織良性 IMC為焊接強度之必須高E-p

8、hase(Epsilon)Cu3Sn焊后經(jīng)高溫或長期老化而逐漸發(fā)生介於 Cu6Sn5與銅面之間灰色 柱狀組織惡性 IMC將造成縮錫或不沾錫低(只有 Eta的一半)11在各種不同條件狀況下在各種不同條件狀況下IMC所生成及增長的厚度差異表所生成及增長的厚度差異表:所所處處狀狀況況IMC 厚厚度度(mils)熔錫板(IR)0.030.04噴錫板0.020.037170中烤 24 小時0.22 以上125中烤 24 小時0.04670中烤 24 小時0.01770中儲存 40 天0.0530中儲存 2 年0.0520中儲存 5 年0.05組裝之焊接0.010.0212助焊作用助焊作用Fluxing(

9、助焊劑助焊劑Flux)1.利用一些具活性的化學(xué)品利用一些具活性的化學(xué)品,如氯、溴之化合物如氯、溴之化合物 混入松香中混入松香中,在高溫下把待焊的銅面或錫面予在高溫下把待焊的銅面或錫面予 以清除幹淨(jìng)以清除幹淨(jìng),以便外加的熔融焊錫能焊牢在板以便外加的熔融焊錫能焊牢在板 子銅面上子銅面上.2. 錫膏中之錫膏中之Flux可在高溫中對焊墊與零件腳等表可在高溫中對焊墊與零件腳等表 面的氧化物進行清除面的氧化物進行清除,在常溫中又保護之顆粒不在常溫中又保護之顆粒不 致氧化致氧化.13焊錫一般名詞說明焊錫一般名詞說明沾錫沾錫Wetting:被焊之金屬表面被焊之金屬表面(如銅面如銅面)非常清潔非常清潔 時時(已

10、除去氧化物已除去氧化物),在高溫中將可接在高溫中將可接 納外來的焊錫納外來的焊錫,而立即形成良性的而立即形成良性的 IMC,產(chǎn)生產(chǎn)生“親錫親錫”的作用的作用,使得外使得外 來的焊錫能在待焊面上呈現(xiàn)均勻的來的焊錫能在待焊面上呈現(xiàn)均勻的 流動與分布流動與分布,這種良好焊點的外緣將這種良好焊點的外緣將 出現(xiàn)出現(xiàn)“很小很小”(75度以下度以下)的接觸角的接觸角, 此親錫現(xiàn)象稱為此親錫現(xiàn)象稱為Wetting.14焊錫一般名詞說明焊錫一般名詞說明縮錫縮錫Dewetting:由於待焊之銅面局部不潔由於待焊之銅面局部不潔,使得待使得待 焊熔融的焊錫焊熔融的焊錫,只能與部分清潔的只能與部分清潔的 銅面形成銅面形

11、成IMC(Cu6Sn5)而呈現(xiàn)沾而呈現(xiàn)沾 錫錫.其不潔銅面的劣區(qū)因無法親錫其不潔銅面的劣區(qū)因無法親錫, 無無IMC可接納外來焊錫可接納外來焊錫,此種焊錫此種焊錫 分布不均分布不均,稱為縮錫稱為縮錫.15焊錫一般名詞說明焊錫一般名詞說明沾錫力量沾錫力量wetting force:當(dāng)清潔直立的銅面觸沾到當(dāng)清潔直立的銅面觸沾到 熔融的焊錫時熔融的焊錫時,將立即產(chǎn)生將立即產(chǎn)生 良性的良性的IMC並展現(xiàn)相當(dāng)?shù)膩K展現(xiàn)相當(dāng)?shù)?附著力附著力,此種附著力此種附著力,在扣在扣 掉重力的反制及內(nèi)聚力后掉重力的反制及內(nèi)聚力后, 仍具有爬升的力量仍具有爬升的力量,稱為稱為 Wetting force.16焊錫一般名詞說

12、明焊錫一般名詞說明接觸角接觸角Contact angle:指熔融焊錫與被焊之清潔金指熔融焊錫與被焊之清潔金 屬表面屬表面(如銅面如銅面,金面或鎳面金面或鎳面) 接觸后接觸后,由於可產(chǎn)生良性由於可產(chǎn)生良性 的的IMC而有附著力而有附著力,使焊錫使焊錫 迅速向外流動擴張迅速向外流動擴張,其最其最 外緣處之底金屬與焊錫面所外緣處之底金屬與焊錫面所 形成之夾角形成之夾角,稱為接觸角稱為接觸角 (角角)17SO LD ERSO LD ERCO PPER需良好焊性時其需良好焊性時其角應(yīng)小於角應(yīng)小於75度度高溫焊接時液態(tài)錫與固態(tài)錫銅面會出現(xiàn)接觸角高溫焊接時液態(tài)錫與固態(tài)錫銅面會出現(xiàn)接觸角(),此此角愈小表示沾

13、錫性角愈小表示沾錫性Weeting愈好愈好.18焊錫一般名詞說明焊錫一般名詞說明錫綱錫綱Solder webbing:多半由於綠漆硬化不足或底多半由於綠漆硬化不足或底 材硬化不足材硬化不足,在高溫中與助焊劑及融錫發(fā)生作在高溫中與助焊劑及融錫發(fā)生作 用用,而在板面上形成冷焊黏著的蜘蛛綱現(xiàn)象而在板面上形成冷焊黏著的蜘蛛綱現(xiàn)象,故故 而名之而名之.冷焊冷焊Cold soldering:通常指波焊時在板面上形成通常指波焊時在板面上形成 之某些焊點之某些焊點,在其冷固過程中曾受到外力的沖在其冷固過程中曾受到外力的沖 擊使得焊錫點的結(jié)晶組織遭到干擾擊使得焊錫點的結(jié)晶組織遭到干擾,甚至形成甚至形成 碎片碎片

14、,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度的不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度的不足,此種焊點之表面常此種焊點之表面常 出現(xiàn)昏暗無光之顆粒隆起狀出現(xiàn)昏暗無光之顆粒隆起狀,稱為冷焊稱為冷焊.19焊錫一般名詞說明焊錫一般名詞說明共晶組成共晶組成:純錫純錫(Sn)的熔點是的熔點是232度度,若在純錫中逐若在純錫中逐 漸加入部分鉛量后漸加入部分鉛量后,則其熔點會逐漸下降則其熔點會逐漸下降,直直 到到Sn之重量比降為之重量比降為63%,而所加入的鉛量多而所加入的鉛量多 達(dá)達(dá)37%時時,其熔點將會降至其熔點將會降至183度度,之后之后,再多加再多加 鉛量時鉛量時,其熔點不降反升其熔點不降反升,直到純鉛直到純鉛(Pb)的熔的熔 點點327度為止度為止,

15、整體合金的熔點變化形成整體合金的熔點變化形成V字字 形曲線形曲線,而以而以63%Sn+37%Pb之熔點最低之熔點最低(183 度度),此時二者之合金比例稱為共晶組成此時二者之合金比例稱為共晶組成.20離子清潔度介紹離子清潔度介紹1.指指PCB各種濕制程各種濕制程,在板面上或板材中所殘留的化在板面上或板材中所殘留的化 學(xué)品學(xué)品,或因熔錫、噴錫與焊接所殘留之助焊劑餘液或因熔錫、噴錫與焊接所殘留之助焊劑餘液 等等,均將對板面上的金屬造成長久的腐蝕性禍害均將對板面上的金屬造成長久的腐蝕性禍害,故故 有離子清潔度之品檢有離子清潔度之品檢.2.本檢測須按本檢測須按IPC-TM-650之之2.3.25或或2

16、.3.26方法去進方法去進 行行,即采即采75%的異丙醇加入的異丙醇加入25%的純水調(diào)和成的純水調(diào)和成“淬淬 取液取液”,以對待測板子連續(xù)沖洗以對待測板子連續(xù)沖洗,然后測讀其淬取液然后測讀其淬取液 之電阻值之電阻值.(注注:亦可采亦可采Alpha metal公司專用測機公司專用測機 omega meter,進行動態(tài)連續(xù)循環(huán)沖洗的檢測進行動態(tài)連續(xù)循環(huán)沖洗的檢測)21焊錫一般訓(xùn)練教材焊錫一般訓(xùn)練教材(2)日期日期:5/82000助焊劑助焊劑(Flux)介紹介紹22助焊劑之作用助焊劑之作用-清潔表面清潔表面,隔離空氣隔離空氣清潔表面清潔表面,隔離空氣隔離空氣,降低焊錫表面張力降低焊錫表面張力,增進金

17、屬表面潤錫能力及擴散能力增進金屬表面潤錫能力及擴散能力23助焊劑之組成助焊劑之組成:1.1.固化物固化物( (Solids)Solids): :包括松香、松香油等具黏滯性包括松香、松香油等具黏滯性, , 略具清潔被焊金屬之效能略具清潔被焊金屬之效能, ,且可阻隔空氣且可阻隔空氣, ,防防 止被焊高溫下之氧化止被焊高溫下之氧化. .2.2.活性劑活性劑( (Activators):Activators):包括鹵素及有機酸包括鹵素及有機酸, ,具有強具有強 力清潔金屬表面之能力力清潔金屬表面之能力, ,其腐蝕性亦強其腐蝕性亦強. .24助焊劑之組成助焊劑之組成:3.3.溶劑溶劑( (Solvent

18、s):Solvents):包括乙醇、水等包括乙醇、水等, ,可降低前二者可降低前二者 之含量百分比之含量百分比, ,使其作用易於掌控使其作用易於掌控, ,同時有助同時有助 於助焊劑溫度之降低於助焊劑溫度之降低, ,在使用時涂布更均勻在使用時涂布更均勻, , 效果更佳效果更佳. .4.4.其它其它: :如助潤劑有助於被焊金屬之潤錫能力如助潤劑有助於被焊金屬之潤錫能力, ,熱熱 穩(wěn)定劑可使助焊劑能承受更高之溫度且不易穩(wěn)定劑可使助焊劑能承受更高之溫度且不易 變質(zhì)變質(zhì), ,黏度修正液可控制流動性黏度修正液可控制流動性. .25助焊劑之分類助焊劑之分類:(依使用上之分類依使用上之分類)1.1.有機類有機

19、類: :其助焊效果較佳其助焊效果較佳, ,但若使用失當(dāng)易造成過但若使用失當(dāng)易造成過 度的腐蝕度的腐蝕, ,故在使用上多采清洗作業(yè)故在使用上多采清洗作業(yè), ,以減低以減低 腐蝕程度腐蝕程度, ,此類代表有機酸此類代表有機酸( (organic acids;organic acids; OA) OA)、鹵素和胺及氨基化合物等鹵素和胺及氨基化合物等. .2.2.有機松香類有機松香類: :此類因腐蝕性較強弱此類因腐蝕性較強弱, ,故使用較安全故使用較安全, , 其類別有其類別有: : ( (a)a). .純松香純松香R type(rosin flux):R type(rosin flux):除天然松香除天然松香 外外, ,並無其它活性劑之添加並無其它活性劑之