電子焊料的工藝性能及影響因素分析
2016-11-17
焊料的工藝性能是指它在使用過程中表現出來的性能。據調查，在電子釬焊過程中碰到的技術問題主要是液態焊料的行為問題。液態焊料在固態母材表面的潤濕、流動、填充、鋪展是釬焊的前提，沒有這個前提條件，即使焊料的物理、力學性能和微觀組織結構再好也是徒勞的。從熔化到凝固結晶的過程中，焊料的各個性質是相互聯系和影響的。
例如，焊料的熔化溫度決定釬焊的溫度范圍，焊料固、液相線溫度之差決定它熔化或凝固的快慢；液態焊料表面的氧化會阻礙界面原子的結合以達到所需的原子間距，因而就影響到它的潤濕、流動、填充、鋪展能力；液態焊料對母材的毛細潤濕作用將決定焊料與母材的結合能力，同時影響填縫能力；液態焊料在母材表面的鋪展或漫流一方面影響其填縫能力，另一方面又影響密集焊點之間焊料的分離能力；當界面原子相互存在一定的溶解、擴散時對潤濕和擴展是有利的，但過大的互溶度或擴散性則會在界面產生過多的金屬間化合物，反而對潤濕和鋪展不利；在一定的釬焊溫度下，焊料的熔點越低，固、液相線溫度之差越小，則潤濕性、流動性也越好。
因此，焊料的工藝性能包含了多方面的內容，對這些性能必須進行辯證的綜合分析，不能只強調某一個性能而忽視對其它性能的影響。從使用的角度，依據焊料在釬焊過程中的行為，對電子焊料的工藝性能及影響因素進行分析歸納如下：
（1）熔化／固化溫度
即焊料合金的固相線、液相線溫度以及二者之間的溫差。釬焊熱循環過程中，在加熱階段，固相線是焊料開始熔化的溫度，也是液態焊料對固態母材開始產生界面作用的溫度，而液相線是熔化終了溫度；在冷卻階段，液相線是焊料凝固的開始溫度，而固相線是凝固終了溫度，也是液態焊料停止界面反應的溫度。在固、液相線之間焊料呈糊狀，固、液相線的溫差越小，其熔化或凝固的速度越快，越有利于釬焊操作[71。焊料的熔化侗化溫度是由合金組成決定的。電子焊料一般使用錫基合金，當在錫中加入低熔點金屬組分時，其熔化溫度會下降，而加入高熔點金屬其熔化溫度一般會上升。合金的組成越接近共晶點，其熔化溫度越低，同時固、液相線的溫差也越小；當焊料組成達到共晶點時，熔化溫度最低，固、液相線溫差為零。
（2）液態焊料的抗氧化性能
即在一定溫度下，液態焊料抵抗氧化反應的能力。熔融焊料的氧化，不僅會造成金屬的嚴重浪費，而且氧化膜會阻礙焊料與母材表面原子間的結合，還會導致氧化膜進入焊縫產生各種焊接缺陷。根據液態金屬氧化理論，液態焊料表面會強烈地吸附氧，在高溫下被吸附的氧分子將分解成氧原子，氧原子失去電子變成離子，然后再與金屬離子結合生成金屬氧化物，氧化膜的組成、結構不同，其膜的生長速度、生長方式和氧化物在液態焊料中的分配系數將會有很大。差異，而這又與焊料的組成密切相關。此外，氧化還與溫度、氣相中氧的分壓、焊料表面對氧的吸附和分解速度、表面原子與氧的化合能力、表面氧化膜的致密度以及生成物的溶解和擴散能力等有關。
（3）液態焊料的潤濕性能
即在一定溫度下，液態焊料對母材產生潤濕的快慢和潤濕力的大小。潤濕性能差，將導致釬焊困難，容易產生虛焊、假焊、脫焊，直接影響釬焊接頭的機械性能和電氣性能，導致信號傳輸不暢，信息失真，靈敏度差，可靠性降低。
（4）液態焊料的漫流性
即一定溫度下液態焊料在母材表面流動和擴展的能力。液態焊料的漫流性與潤濕性有密切關系，但又有區別。漫流性是液態焊料潤濕性和流動性的綜合表現。釬焊過程中，如液態焊料的漫流性差將使焊料在被焊區擴展不足或在焊縫內產生空洞，使結合面積降低，還容易使焊點或焊縫產生橋接或拉尖而導致短路。顯然，影響潤濕和氧化的因素對漫流性均有影響。
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