探析電路板的最佳焊接方法

1 沾錫作用

當熱的液態(tài)焊錫溶解并滲透到被焊接的金屬表面時，就稱為金屬的沾錫或金屬被沾錫。焊錫與銅的混合物的分子形成一種新的部分是銅、部分是焊錫的合金，這種溶媒作用稱為沾錫，它在各個部分之間構(gòu)成分子間鍵，生成一種金屬合金共化物。良好的分子間鍵的形成是焊接工藝的核心，它決定了焊接點的強度和質(zhì)量。只有銅的表面沒有污染，沒有由于暴露在空氣中形成的氧化膜才能沾錫，并且焊錫與工作表面需要達到適當?shù)臏囟取?/p>

2 表面張力

大家都熟悉水的表面張力，這種力使涂有油脂的金屬板上的冷水滴保持球狀，這是由于在此例中，使固體表面上液體趨于擴散的附著力小于其內(nèi)聚力。用溫水和清潔劑清洗來減小其表面張力，水將浸潤涂有油脂的金屬板而向外流形成一個薄層，如果附著力大于內(nèi)聚力就會發(fā)生這種情況。

錫-鉛焊錫的內(nèi)聚力甚至比水更大，使焊錫呈球體，以使其表面積最小化(同樣體積情況下，球體與其他幾何外形相比具有最小的表面積，用以滿足最低能量狀態(tài)的需求)。助焊劑的作用類似于清潔劑對涂有油脂的金屬板的作用，另外，表面張力還高度依賴于表面的清潔程度與溫度，只有附著能量遠大于表面能量(內(nèi)聚力)時，才能發(fā)生理想的沾錫。

3 金屬合金共化物的產(chǎn)生

銅和錫的金屬間鍵形成了晶粒，晶粒的形狀和大小取決于焊接時溫度的持續(xù)時間和強度。焊接時較少的熱量可形成精細的晶狀結(jié)構(gòu)，形成具有最佳強度的優(yōu)良焊接點。反應(yīng)時間過長，不管是由于焊接時間過長還是由于溫度過高或是兩者兼有，都會導致粗糙的晶狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是砂礫質(zhì)的且發(fā)脆，切變強度較小。

采用銅作為金屬基材，錫-鉛作為焊錫合金，鉛與銅不會形成任何金屬合金共化物，然而錫可以滲透到銅中，錫和銅的分子間鍵在焊錫和金屬的連接面形成金屬合金共化物Cu3Sn 和Cu6Sn5，如圖所示。

金屬合金層(n相+ε相)必須非常薄，激光焊接中，金屬合金層厚度的數(shù)量級為0.1mm ，波峰焊與手工烙鐵焊中，優(yōu)良焊接點的金屬間鍵的厚度多數(shù)超過0.5μm 。由于焊接點的切變強度隨著金屬合金層厚度的增加而減小，故常常試著將金屬合金層的厚度保持在1μm 以下，這可以通過使焊接的時間盡可能的短來實現(xiàn)。

金屬合金共化物層的厚度依賴于形成焊接點的溫度和時間，理想的情況下，焊接應(yīng)在220 't約2s 內(nèi)完成，在該條件下，銅和錫的化學擴散反應(yīng)將產(chǎn)生適量的金屬合金結(jié)合材料Cu3Sn 和Cu6Sn5厚度約為0.5μm 。不充分的金屬間鍵常見于冷焊接點或焊接時沒有升高到適當溫度的焊接點，它可能導致焊接面的切斷。相反，太厚的金屬合金層，常見于過度加熱或焊接太長時間的焊接點，它將導致焊接點抗張強度非常弱，如圖所示。

4 沾錫角

比焊錫的共晶點溫度高出大約35℃時，當一滴焊錫放置于熱的涂有助焊劑的表面上時，就形成了一個彎月面，在某種程度上，金屬表面沾錫的能力可通過彎月面的形狀來評估。如果焊錫彎月面有一個明顯的底切邊，形如涂有油脂的金屬板上的水珠，或者甚至趨于球形，則金屬為不可焊接的。只有彎月面拉伸成一個小于30。的小角度才具有良好的焊接性。