订阅
纠错
加入自媒体

基体金属的可焊性和焊点的可靠性

2019-05-07 09:59
可靠性杂坛
关注

一、可焊性

可焊性指在规定的时间、温度和环境条件(助焊剂)下基体金属被熔化钎料润湿的能力。而润湿作用的广义定义应为:在基材上形成一层相对均匀、平滑、无裂缝黏附着的钎料薄膜的能力。评价可焊性的内涵包含下述3个方面的约定:① 熔化钎料对基体金属的润湿性;② 钎料和基体金属的接合性;③ 接合部的可靠性。上述3个约定中,①是表述可焊性的一项最重要的内容,一般来说润湿性好接合性也好,然而润湿性好不一定就说明焊接接合部的可靠性就高。例如,以Sn基钎料焊接Au系基体金属就是一个典型例子。由此可以定义:容易润湿基体金属,而且还能获得机械强度好的接合部,这时的钎料或基体金属才是可焊性好的钎料或可焊性好的基体金属。可焊性和焊接接合部的可靠性之间有着密切的关系,在通常情况下可焊性好的其焊接接合部的可靠性也高,因而焊接接合部的可靠性可由基体金属的可焊性的定量测定来评价。然而高可靠性的接头是由可焊性好的基体金属,钎料、助焊剂及焊接工艺参数等综合要素来获得的。正是由于可焊性受基体金属、钎料、助焊剂、焊接条件(温度、时间)等参数的综合影响,因而只有对这些影响参数一一做出定量评估,才有可能对整体的可靠性做出客观的评价。图1所示是可靠性平衡图,该图列出了通常影响焊接操作的5个变量:温度、时间、钎料、助焊剂和可焊性,其中比较恒定的变量是时间、温度、钎料(假定没有被污染),在应用中可以利用助焊剂的活性综合控制这些变量。而可焊性是其中唯一不可控的参数,用可焊性表示的表面质量取决于供应商、储存、传递和前面所讨论的其他变量。从该平衡图可以看出,所采用每种助焊剂要求的最低可焊性水平,如果可焊性水平低于助焊剂活性允许的最低限度,则焊接效果肯定不好。

图1 表示时间、温度、钎料、助焊剂活性和可焊性相互关系的可靠性平衡图

目前采用的浸入式可焊性实验方法完全是从使用观点制定的,它并不能揭示产生焊接问题的原因。为了防止在以后的生产中再出现可焊性问题,从实验观点看,元器件用户应把加速老化纳入可焊性实验方案,因为容易出问题的元器件是那些验收时可焊性就处于临界状态的元器件。因此,厂家不仅必须预测元器件未来的可焊性,还必须能够分析质量不好的原因,以便校正和预防元器件未来的可焊性。

二、影响焊点可靠性的因素

1.材料的选择一个焊接接头系统主要由3要素构成,即基体金属、助焊剂和钎料合金。为了获得良好的焊接连接,这3种材料必须完全匹配。(1)基体金属。设计焊接组装件时,要考虑与焊接有关的基体金属特性,如表1所示。表1 常用的基体金属特性(以电化序大小排序)

●腐蚀的可能性:电极电位是一个重要因素,如果存在电离液体,则基体金属间或基体金属与钎料之间电位差高的场合会产生腐蚀现象。●在小型和精密组装中,要关注所选用的基体材料和钎料的热膨胀系数的匹配问题,以确保组装件在温度变化的情况下应用时不产生应力和尺寸变化。●因受热和冷却而产生的损坏现象称为热疲劳。热胀冷缩是产生热疲劳应力的原因,不管这些应力发生在哪个部位,它都将使焊缝中的钎料连续位移。如果钎料是可延展的,而且润湿良好,虽然焊缝表面应力集中的部位有时会产生结霜现象,但焊接接头不会损坏。●表1中的可焊性是指金属表面的可焊性,不包括为改善可焊性而具体采取的表面处理措施。(2)正确选用助焊剂。为了确定焊接所需要的助焊剂类型,可按下述两步考虑。① 助焊剂选用。在工程应用中电子组装所用助焊剂的选择可参考表2进行。

表2电子组装焊接工程用助焊剂的选用

注:● 易焊合金:可用松香基有机助焊剂及较强活性的助焊剂焊接。● 有利条件下使用:在表面无严重的锈膜或类似的污染时,可用水白松香助焊剂。通常这类金属表面可用活化松香或非松香有机材料助焊剂进行焊接。● 无机助焊剂因活性太强和腐蚀的危险性太大,故不宜使用。● 难焊合金:这一组材料,在不采用表面预处理措施的情况下,通常不能焊接。② 安全性。选择助焊剂的另一个重要考虑的因素,是焊前和焊后的净化。焊前净化的作用是使助焊剂比较容易发挥作用。外界杂质,像油、腊和漆等,在助焊剂和基体金属间形成隔离层,从而使助焊剂不能发挥作用。焊后的净化对助焊剂选择的影响很大,不用清洗或容易清除的腐蚀性稍强的助焊剂有时较黏着力强和难于清除的腐蚀性较弱的助焊剂更适用。(3)正确选择钎料。① 钎料焊接温度的选择范围。理想的波峰焊接用钎料,应是那些具有最理想的凝固特性的低共熔和糊状区最窄的合金。为使熔化的合金具有流动性和良好的润湿性,焊接温度应高于液相线温度21~65℃,焊接温度不是一个固定数据,因其本身也是时间的函数。如果允许焊接时间长,那就可选用较低的焊接温度。较液相线高21℃的焊接温度一般适用于熔点较低的钎料,而焊接温度靠近最大值65℃的适用于熔点较高的钎料。② 钎料温度选择对焊接接头工作的影响。温度对钎料选择的影响分为两类:●温度上限:主要取决于组装件的热变形,特别是对如PCB基板这类有机材料来说更是如此。减小受热变形的方法,通常是使整个组装件缓慢预热,以免因热梯度大而引起热冲击。●温度下限:主要取决于焊接接头的工作温度。随着钎料合金温度以渐近线的方式接近熔点,其强度降低量增加,最终不可能再靠钎料合金把被焊元器件固定在一起。

1  2  3  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号