学习运用焊接理论，正确设置再流焊温度学习运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅焊接质量曲线，提高无铅焊接质量内容内容一锡焊机理与焊点可靠性分析一锡焊机理与焊点可靠性分析一锡焊机理与焊点可靠性分析一锡焊机理与焊点可靠性分析 1. 1. 1. 1. 概述概述概述概述 2. 2. 2. 2. 锡焊机理锡焊机理锡焊机理锡焊机理 3. 3. 3. 3. 焊点强度和连接可靠性分析焊点强度和连接可靠性分析焊点强度和连接可靠性分析焊点强度和连接可靠性分析 4. 4. 4. 4. 关于无铅焊接机理关于无铅焊接机理关于无铅焊接机理关于无铅焊接机理 5. 5. 5. 5. 锡基焊料特性锡基焊料特性锡基焊料特性锡基焊料特性二运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线二运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线二运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线二运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线 1 1 1 1从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点 2 2 2 2以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理 3 3 3 3运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线学习、运用焊接理论，提高无铅焊接质量学习、运用焊接理论，提高无铅焊接质量焊接是电子制造工艺中的关键工序。焊接是电子制造工艺中的关键工序。焊接是电子制造工艺中的关键工序。焊接是电子制造工艺中的关键工序。SMTSMTSMTSMT的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的缺陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、的缺陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、的缺陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、的缺陷外，还要克服虚焊、焊点内部应力大、内部裂纹、界面结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。界面结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。界面结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。界面结合强度差等肉眼看不见的焊点缺陷。学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措学习焊接理论、了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，提高电子连接的可靠性。施，提高电子连接的可靠性。施，提高电子连接的可靠性。施，提高电子连接的可靠性。运用焊接理论指导生产实践，运用焊接理论指导生产实践，运用焊接理论指导生产实践，运用焊接理论指导生产实践， 掌握正确的工艺方法，掌握正确的工艺方法，掌握正确的工艺方法，掌握正确的工艺方法，提高无铅焊接质量。提高无铅焊接质量。提高无铅焊接质量。提高无铅焊接质量。 一一锡焊机理与焊点锡焊机理与焊点可靠性可靠性分析分析 产生产生电子信号电子信号或功率的流或功率的流动动 产生机械连接强度产生机械连接强度焊缝焊缝焊缝焊缝焊点要求焊点要求焊接后在焊料与被焊金属界面生成金属间合金层（焊缝）焊接后在焊料与被焊金属界面生成金属间合金层（焊缝）焊接后在焊料与被焊金属界面生成金属间合金层（焊缝）焊接后在焊料与被焊金属界面生成金属间合金层（焊缝）(一一)概述概述 熔焊熔焊焊接种类焊接种类 压焊压焊 钎焊钎焊钎焊钎焊压焊压焊熔焊熔焊超声压焊超声压焊金丝球焊金丝球焊激光焊激光焊电子装配的核心电子装配的核心连接技术：焊接技术连接技术：焊接技术焊接技术的重要性焊接技术的重要性 焊点是元器件与印制电路焊点是元器件与印制电路板电气连接和机械连接的连接点。焊点的结构和强板电气连接和机械连接的连接点。焊点的结构和强度就决定了电子产品的性能和可靠性。度就决定了电子产品的性能和可靠性。焊接方法（钎焊技术）焊接方法（钎焊技术）手工烙铁焊接手工烙铁焊接浸焊浸焊波峰焊波峰焊再流焊再流焊软钎焊软钎焊 焊接学中，把焊接温度低于焊接学中，把焊接温度低于450的焊的焊接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。接称为软钎焊，所用焊料为软钎焊料。软钎焊特点软钎焊特点钎料熔点低于焊件熔点。钎料熔点低于焊件熔点。加热到钎料熔化，润湿焊件。加热到钎料熔化，润湿焊件。焊接过程焊件不熔化。焊接过程焊件不熔化。焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）焊接过程需要加焊剂。（清除氧化层）焊接过程可逆。（解焊）焊接过程可逆。（解焊）电电子子焊焊接接是是通通过过熔熔融融的的焊焊料料合合金金与与两两个个被被焊焊接接金金属属表表面面之之间间生生成成金金属属间间合合金金层层（焊焊缝缝），从从而而实实现现两两个个被被焊焊接接金金属属之之间间电电气与机械连接的焊接技术。气与机械连接的焊接技术。当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗的活化作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、溶解、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金溶解、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝固，形成焊点。属间结合层（焊缝），冷却后使焊料凝固，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关。(二二)锡焊机理锡焊机理锡焊过程锡焊过程焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、焊接过程是焊接金属表面、助焊剂、熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程熔融焊料和空气等之间相互作用的复杂过程表面清洁表面清洁焊件加热焊件加热熔锡润湿熔锡润湿扩散结合层扩散结合层冷却后形成焊点冷却后形成焊点物理学物理学物理学物理学润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解化学化学化学化学助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位助焊剂分解、氧化、还原、电极电位冶金学冶金学冶金学冶金学合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象合金、合金层、金相、老化现象电学电学电学电学电阻、热电动势电阻、热电动势电阻、热电动势电阻、热电动势材料力学材料力学材料力学材料力学强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中焊接过程中焊接金属表面（母材，焊接过程中焊接金属表面（母材，以以CuCu为例为例）、）、助焊剂、熔融焊料之间相互作用助焊剂、熔融焊料之间相互作用1. 1. 1. 1. 助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应（1 1 1 1）松香去除氧化膜）松香去除氧化膜）松香去除氧化膜）松香去除氧化膜（2 2 2 2）溶融盐去除氧化膜）溶融盐去除氧化膜）溶融盐去除氧化膜）溶融盐去除氧化膜（3 3 3 3）母材被溶蚀）母材被溶蚀）母材被溶蚀）母材被溶蚀（4 4 4 4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。2. 2. 2. 2. 助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应还原反应、活化反应、氧化。还原反应、活化反应、氧化。还原反应、活化反应、氧化。还原反应、活化反应、氧化。3. 3. 3. 3. 焊料与母材的反应焊料与母材的反应焊料与母材的反应焊料与母材的反应 润湿、扩散、溶解、润湿、扩散、溶解、润湿、扩散、溶解、润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成冶金结合，形成冶金结合，形成冶金结合，形成结合层。结合层。结合层。结合层。1. 1. 助焊剂与母材的反应助焊剂与母材的反应（1 1 1 1）松香去除氧化膜）松香去除氧化膜）松香去除氧化膜）松香去除氧化膜松香的主要成分是松香酸松香的主要成分是松香酸松香的主要成分是松香酸松香的主要成分是松香酸C C C C19191919H H H H29292929COOHCOOHCOOHCOOH，融点为，融点为，融点为，融点为74747474。170170170170175175175175呈活性反应，呈活性反应，呈活性反应，呈活性反应，230230230230250250250250转化为不活泼的焦松香酸，转化为不活泼的焦松香酸，转化为不活泼的焦松香酸，转化为不活泼的焦松香酸，300300300300以上无活性。以上无活性。以上无活性。以上无活性。松香酸和松香酸和松香酸和松香酸和CuCuCuCu2 2 2 2O O O O、CuOCuOCuOCuO反应生成松香酸铜。松香酸在常温反应生成松香酸铜。松香酸在常温反应生成松香酸铜。松香酸在常温反应生成松香酸铜。松香酸在常温下和下和下和下和300300300300以上不能和以上不能和以上不能和以上不能和CuCuCuCu2 2 2 2O O O O、CuOCuOCuOCuO起反应。起反应。起反应。起反应。4C4C4C4C19191919H H H H29292929COOH + CuCOOH + CuCOOH + CuCOOH + Cu2 2 2 2O 2Cu(OCOCO 2Cu(OCOCO 2Cu(OCOCO 2Cu(OCOC19191919H H H H29292929) ) ) )2 2 2 2 + H + H + H + H2 2 2 2O O O O 2C19H2C19H2C19H2C19H29292929COOH + CuO Cu(OCOCCOOH + CuO Cu(OCOCCOOH + CuO Cu(OCOCCOOH + CuO Cu(OCOC19191919H H H H29292929) ) ) )2 2 2 2 + H + H + H + H2 2 2 2OOOO CuCuCuCu暴露在空气中氧化生成表面氧化膜暴露在空气中氧化生成表面氧化膜暴露在空气中氧化生成表面氧化膜暴露在空气中氧化生成表面氧化膜低温时生成暗红色的低温时生成暗红色的低温时生成暗红色的低温时生成暗红色的CuCuCuCu2 2 2 2O O O O，高温下生成黒色的，高温下生成黒色的，高温下生成黒色的，高温下生成黒色的CuOCuOCuOCuO（2 2 2 2）溶融盐去除氧化膜）溶融盐去除氧化膜）溶融盐去除氧化膜）溶融盐去除氧化膜一般采用氯离子一般采用氯离子一般采用氯离子一般采用氯离子ClClClCl- - - -或氟离或氟离或氟离或氟离子子子子F F F F- - - - ，使氧化膜生成氯化物或氟化物。，使氧化膜生成氯化物或氟化物。，使氧化膜生成氯化物或氟化物。，使氧化膜生成氯化物或氟化物。2C2C2C2C17171717H H H H35353535COOH + CuO Cu(OCOCCOOH + CuO Cu(OCOCCOOH + CuO Cu(OCOCCOOH + CuO Cu(OCOC17171717H H H H35353535) ) ) )2 2 2 2 + H + H + H + H2 2 2 2OOOOCuCuCuCu2 2 2 2O + 2HCl CuClO + 2HCl CuClO + 2HCl CuClO + 2HCl CuCl2 2 2 2 + Cu + H + Cu + H + Cu + H + Cu + H2 2 2 2O O O O （3 3 3 3）母材被溶蚀）母材被溶蚀）母材被溶蚀）母材被溶蚀活性强的助焊剂容易溶蚀母材。活性强的助焊剂容易溶蚀母材。活性强的助焊剂容易溶蚀母材。活性强的助焊剂容易溶蚀母材。（4 4 4 4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。2. 2. 助焊剂与焊料的反应助焊剂与焊料的反应（1 1 1 1）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的助焊剂中活性剂在加热时能释放出的助焊剂中活性剂在加热时能释放出的助焊剂中活性剂在加热时能释放出的HClHCl，与与与与SnOSnO起还原反应。起还原反应。起还原反应。起还原反应。SnO + HCl SnClSnO + HCl SnClSnO + HCl SnClSnO + HCl SnCl2 2 2 2 + Sn + H + Sn + H + Sn + H + Sn + H2 2 2 2O O O O （2 2 2 2）活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张力，提高浸润性。力，提高浸润性。力，提高浸润性。力，提高浸润性。（3 3 3 3）焊料氧化，产生锡渣。）焊料氧化，产生锡渣。）焊料氧化，产生锡渣。）焊料氧化，产生锡渣。锡在固态时不易氧化，锡在固态时不易氧化，锡在固态时不易氧化，锡在固态时不易氧化，但在熔融状态下极易氧化，主要生成黒色的但在熔融状态下极易氧化，主要生成黒色的但在熔融状态下极易氧化，主要生成黒色的但在熔融状态下极易氧化，主要生成黒色的SnOSnOSnOSnO3. 3. 焊料与母材的反应焊料与母材的反应润湿、扩散、溶解、润湿、扩散、溶解、润湿、扩散、溶解、润湿、扩散、溶解、冶金结合，形成冶金结合，形成冶金结合，形成冶金结合，形成结合层。结合层。结合层。结合层。锡焊机理锡焊机理（1 1 1 1）润湿）润湿）润湿）润湿（2 2 2 2）扩散扩散扩散扩散（3 3 3 3）溶解溶解溶解溶解（4 4 4 4）冶金结合，形成）冶金结合，形成）冶金结合，形成）冶金结合，形成结合层结合层结合层结合层润湿角润湿角焊点的最佳润湿角焊点的最佳润湿角Cu-Pb/Sn1545当当=0时，完全润湿时，完全润湿；当当=180时，完全不润湿时，完全不润湿；=焊料和母材之间的界面焊料和母材之间的界面 与焊料表面切线之间的夹角与焊料表面切线之间的夹角分子运动分子运动（1 1）润湿）润湿液体在固体表面漫流的物理现象液体在固体表面漫流的物理现象润湿是物质固有的性质润湿是物质固有的性质润湿是焊接的首要条件润湿是焊接的首要条件润湿是焊接的首要条件润湿是焊接的首要条件润湿力（润湿力（Wa ） B BSVSVC CSLSLA ALVLV当固、液、气三相达到平衡时：当固、液、气三相达到平衡时：当固、液、气三相达到平衡时：当固、液、气三相达到平衡时：B BSVSV=C=CSLSL+A+ALVLVCOSCOS B BSVSV：固体与气体之间的界面张力：固体与气体之间的界面张力：固体与气体之间的界面张力：固体与气体之间的界面张力可以将可以将可以将可以将B BSVSV看作是液体在固体表面漫流的力看作是液体在固体表面漫流的力看作是液体在固体表面漫流的力看作是液体在固体表面漫流的力（润湿力：润湿力：润湿力：润湿力：WaWa）C CSLSL ：固体与液体之间的界面张力：固体与液体之间的界面张力：固体与液体之间的界面张力：固体与液体之间的界面张力A ALVLV ：液体与气体之间的界面张力：液体与气体之间的界面张力：液体与气体之间的界面张力：液体与气体之间的界面张力 B BSVSV与与与与C CSLSL的作用力都沿固体表面，但方向相反。的作用力都沿固体表面，但方向相反。的作用力都沿固体表面，但方向相反。的作用力都沿固体表面，但方向相反。 设润湿力为设润湿力为设润湿力为设润湿力为WaWa，其近似值：其近似值：其近似值：其近似值：将将将将B BSVSV代入式中代入式中代入式中代入式中S S：固体：固体：固体：固体L L：液体：液体：液体：液体V V：气体：气体：气体：气体 ：润湿角润湿角润湿角润湿角L L液体液体液体液体S S固体固体固体固体WaWaBBSVSV+A+ALVLV-C-CSLSLWaWa= C CSLSL+A+ALVLVCOSCOS +A+ALVLV-C-CSLSL WaWa =A=ALVLV（1+1+ COSCOS ）润湿力关系式润湿力关系式润湿力关系式润湿力关系式V V气体气体气体气体从润湿力关式可以看出：润湿角从润湿力关式可以看出：润湿角从润湿力关式可以看出：润湿角从润湿力关式可以看出：润湿角 越小，润湿力越大越小，润湿力越大越小，润湿力越大越小，润湿力越大分子运动分子运动润湿润湿条件条件（a a）液态焊料与液态焊料与母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。母材之间有良好的亲和力，能互相溶解。 互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此互溶程度取决于：原子半径和晶体类型。因此润湿是润湿是物质固有的性质。物质固有的性质。（b b）液态焊料与液态焊料与母材母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。表面清洁，无氧化层和其它污染物。 清洁的表面使清洁的表面使焊料与焊料与母材原子紧密接近，产生引力，母材原子紧密接近，产生引力，称为润湿力。称为润湿力。 当当焊料与焊料与被焊金属之间有被焊金属之间有氧化层和其它污染物时，妨氧化层和其它污染物时，妨碍碍金属原子自由金属原子自由接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊接近，不能产生润湿作用。这是形成虚焊的原因之一。的原因之一。分子运动分子运动表面张力表面张力 表面张力表面张力在不同相共同存在的体系中，由于在不同相共同存在的体系中，由于相界面分子与体相内分子之间作用力不同，导致相相界面分子与体相内分子之间作用力不同，导致相界面总是趋于最小的现象。界面总是趋于最小的现象。 由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对由于液体内部分子受到四周分子的作用力是对称的，作用彼此抵消，合力称的，作用彼此抵消，合力=0=0。但是液体表面分子。但是液体表面分子受到液体内分子的引力大于大气分子对它的引力，受到液体内分子的引力大于大气分子对它的引力，因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。因此液体表面都有自动缩成最小的趋势。 熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。大气大气大气大气液体内部分子受力合力液体内部分子受力合力=0=0液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力分子运动分子运动表面张力与润湿表面张力与润湿力力 熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与母母材材表面清洁程度有关，还表面清洁程度有关，还与液态焊料的表面张力有关。与液态焊料的表面张力有关。 表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。表面张力与润湿力的方向相反，不利于润湿。 表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。分子运动分子运动表面张力在焊接中的作用表面张力在焊接中的作用 再流焊再流焊当焊膏达到熔融温度时，在当焊膏达到熔融温度时，在平衡平衡平衡平衡的表面张的表面张力的作用下，会产生自定位效应（力的作用下，会产生自定位效应（self alignmentself alignment）。）。表表面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易面张力使再流焊工艺对贴装精度要求比较宽松，比较容易实现高度自动化与高速度。同时也正因为实现高度自动化与高速度。同时也正因为“再流动再流动”及及“自定位效应自定位效应”的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标的特点，再流焊工艺对焊盘设计、元器件标准化有更严格的要求。如果表面张力准化有更严格的要求。如果表面张力不平衡不平衡不平衡不平衡，焊接后会出，焊接后会出现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。现元件位置偏移、吊桥、桥接、等焊接缺陷。波峰焊波峰焊波峰焊时，由于波峰焊时，由于表面张力与润湿力的方向相表面张力与润湿力的方向相反，因此表面张力是不利于润湿的因素之一。反，因此表面张力是不利于润湿的因素之一。SMDSMD波峰焊时波峰焊时表面张力表面张力造成阴影效应造成阴影效应 熔融熔融合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。合金的粘度与表面张力是焊料的重要性能。优良的焊料熔融时应具有低的粘度和表面张力，以增优良的焊料熔融时应具有低的粘度和表面张力，以增加焊料的流动性及被焊金属之间的润湿性。加焊料的流动性及被焊金属之间的润湿性。锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关。锡铅合金的粘度和表面张力与合金的成分密切相关。配比（配比（W%）表面张力表面张力(N/cm)粘度（粘度（mPas)SnPb20804.6710-32.7230704.710-32.4550504.7610-32.1963374.910-31.9780205.1410-31.92锡铅合金配比与表面张力及粘度的关系（锡铅合金配比与表面张力及粘度的关系（280测试）测试）粘度与表面张力粘度与表面张力分子运动分子运动焊接中降低表面张力和黏度的措施焊接中降低表面张力和黏度的措施提高温度提高温度升温可以降低黏度和表面张力的作用。升温可以降低黏度和表面张力的作用。 升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内升高温度可以增加熔融焊料内的分子距离，减小焊料内分子对表面分子的引力。分子对表面分子的引力。适当的金属合金比例适当的金属合金比例SnSn的表面张力很大，增加的表面张力很大，增加PbPb可以降可以降低表面张力。低表面张力。63Sn/37Pb63Sn/37Pb表面张力明显减小。表面张力明显减小。 表表mn/m粘粘面面度度张张540力力520500T（）4801020304050Pb含量含量%温度对黏度的影响温度对黏度的影响250时时Pb含量与表面张力的关系含量与表面张力的关系增加活性剂增加活性剂能有效地降低焊料的表面张力，还能有效地降低焊料的表面张力，还可以去掉焊料的表面氧化层。可以去掉焊料的表面氧化层。改善焊接环境改善焊接环境采用氮气保护焊接可以减少高温采用氮气保护焊接可以减少高温氧化。提高润湿性氧化。提高润湿性毛细管现象毛细管现象毛细管现象是液体在狭窄间隙中流动时表现出来的特性。毛细管现象是液体在狭窄间隙中流动时表现出来的特性。毛细管现象是液体在狭窄间隙中流动时表现出来的特性。毛细管现象是液体在狭窄间隙中流动时表现出来的特性。将两块平行的金属板或细管插入液体中，金属板内侧与外将两块平行的金属板或细管插入液体中，金属板内侧与外将两块平行的金属板或细管插入液体中，金属板内侧与外将两块平行的金属板或细管插入液体中，金属板内侧与外侧的液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则侧的液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则侧的液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则侧的液面高度将有所不同，如果液体能够润湿金属板，则内侧的液面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面内侧的液面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面内侧的液面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面内侧的液面将高于外侧的液面，反之，金属板内侧的液面将低于外侧的液面。将低于外侧的液面。将低于外侧的液面。将低于外侧的液面。液体能够润湿金属板液体能够润湿金属板液体能够润湿金属板液体能够润湿金属板液体不能润湿金属板液体不能润湿金属板液体不能润湿金属板液体不能润湿金属板在熔融焊料中也存在毛细管现象在熔融焊料中也存在毛细管现象在熔融焊料中也存在毛细管现象在熔融焊料中也存在毛细管现象毛细管现象毛细管现象在焊接中的作用在焊接中的作用在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液在软钎焊过程中，要获得优质的钎焊接头，需要液态钎料能够充分流入到两个焊件的缝隙中。态钎料能够充分流入到两个焊件的缝隙中。态钎料能够充分流入到两个焊件的缝隙中。态钎料能够充分流入到两个焊件的缝隙中。例如例如例如例如通孔元件在波峰焊、手工焊时通孔元件在波峰焊、手工焊时通孔元件在波峰焊、手工焊时通孔元件在波峰焊、手工焊时，当间隙适当时，当间隙适当时，当间隙适当时，当间隙适当时，毛细作用能够促进元件孔的毛细作用能够促进元件孔的毛细作用能够促进元件孔的毛细作用能够促进元件孔的“ “透锡透锡透锡透锡” ”。又例如又例如又例如又例如再流焊时再流焊时再流焊时再流焊时，毛细作用能够促进元件焊端底面，毛细作用能够促进元件焊端底面，毛细作用能够促进元件焊端底面，毛细作用能够促进元件焊端底面与与与与PCBPCB焊盘表面之间液态焊料的流动。焊盘表面之间液态焊料的流动。焊盘表面之间液态焊料的流动。焊盘表面之间液态焊料的流动。液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象液态焊料在粗糙的金属表面也存在毛细管现象，有，有，有，有利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、利于液态焊料沿着粗糙凹凸不平的金属表面铺展、浸润，因此浸润，因此浸润，因此浸润，因此毛细管现象有利于焊接毛细管现象有利于焊接毛细管现象有利于焊接毛细管现象有利于焊接的的的的 。毛细作用毛细作用液体在毛细管中上升高度的表达式液体在毛细管中上升高度的表达式 式中：式中：式中：式中： HH毛细管中液柱的高度毛细管中液柱的高度毛细管中液柱的高度毛细管中液柱的高度 液体（焊料）的表面张力液体（焊料）的表面张力液体（焊料）的表面张力液体（焊料）的表面张力 液体（焊料）的密度液体（焊料）的密度液体（焊料）的密度液体（焊料）的密度 gg重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度 RR毛细管半径毛细管半径毛细管半径毛细管半径 22H=H=gRgR从式中看出从式中看出从式中看出从式中看出液体在毛细管中上升高度液体在毛细管中上升高度液体在毛细管中上升高度液体在毛细管中上升高度： 与表面张力成正比；与表面张力成正比；与表面张力成正比；与表面张力成正比； 与液体的密度、比重成反比；与液体的密度、比重成反比；与液体的密度、比重成反比；与液体的密度、比重成反比； 与毛细管直径有关。与毛细管直径有关。与毛细管直径有关。与毛细管直径有关。金属原子以结晶排列，原子间作用力金属原子以结晶排列，原子间作用力平衡，保持晶格的形状和稳定。平衡，保持晶格的形状和稳定。当当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱金属与金属接触时，界面上晶格紊乱导致部分原子从一个导致部分原子从一个晶格点阵移动到另一晶格点阵移动到另一个晶格点阵。个晶格点阵。扩散条件：相互距离扩散条件：相互距离（金属表面清洁，无氧化层和其它杂质，（金属表面清洁，无氧化层和其它杂质，两块金属原子间才会发生引力）两块金属原子间才会发生引力）温度温度（在一定温度下金属分子才具有动能）（在一定温度下金属分子才具有动能）（2 2）扩散扩散四种扩散形式：四种扩散形式：表面扩散；晶内扩散；表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散。晶界扩散；选择扩散。扩散的类型扩散的类型 原晶格原晶格原晶格原晶格置换型置换型置换型置换型间隙型间隙型间隙型间隙型PbSnSn表面扩散表面扩散向晶粒内扩散向晶粒内扩散分割晶粒扩散分割晶粒扩散选择扩散选择扩散表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图表面扩散、晶内扩散、晶界扩散、选择扩散示意图Cu表面表面熔融熔融Sn/Pb焊料侧焊料侧晶粒晶粒（3）溶解溶解母材母材母材母材表面的表面的表面的表面的CuCu分子被熔融的液态焊料分子被熔融的液态焊料分子被熔融的液态焊料分子被熔融的液态焊料溶解或溶蚀溶解或溶蚀溶解或溶蚀溶解或溶蚀。 金属间结合层金属间结合层Cu3Sn和和Cu6Sn5金属间结合层金属间结合层Cu3Sn和和Cu6Sn5放大放大1,000倍的倍的QFP引脚焊点横截面图引脚焊点横截面图以以63Sn/37Pb焊料为例，焊料为例，共晶点为共晶点为183焊接后（焊接后（210-230）生成金属间结合层：生成金属间结合层：CuCu6 6SnSn5 5和和和和CuCu3 3SnSn（4 4）冶金结合，冶金结合，形成形成结合层（结合层（金属间扩散、溶解的结果金属间扩散、溶解的结果金属间扩散、溶解的结果金属间扩散、溶解的结果）最后冷却凝固形成焊点最后冷却凝固形成焊点最后冷却凝固形成焊点最后冷却凝固形成焊点(三三)焊点强度和连接可靠性分析焊点强度和连接可靠性分析评价焊点强度、连接可靠性需要进行可靠性试验评价焊点强度、连接可靠性需要进行可靠性试验焊点的强度、连接可靠性主要包括两方面内容：焊点的强度、连接可靠性主要包括两方面内容：焊点的强度、连接可靠性主要包括两方面内容：焊点的强度、连接可靠性主要包括两方面内容：机械可靠性和电气化学可靠性。机械可靠性和电气化学可靠性。机械可靠性和电气化学可靠性。机械可靠性和电气化学可靠性。焊点的强度、连接可靠性焊点的强度、连接可靠性焊点的强度、连接可靠性焊点的强度、连接可靠性与钎缝的金相组织结构、结合层的厚度有关与钎缝的金相组织结构、结合层的厚度有关与钎缝的金相组织结构、结合层的厚度有关与钎缝的金相组织结构、结合层的厚度有关可靠性试验的主要内容可靠性试验的主要内容(a)(a)机械可靠性试验：机械可靠性试验：机械可靠性试验：机械可靠性试验：静电损伤试验；疲劳试验（热疲劳、机械疲劳）；静电损伤试验；疲劳试验（热疲劳、机械疲劳）；冲击试验（跌落冲击、震动冲击）。冲击试验（跌落冲击、震动冲击）。(b)(b)电气化学可靠性试验：电气化学可靠性试验：电气化学可靠性试验：电气化学可靠性试验：电（离子）迁移；绝缘电阻；腐蚀试验电（离子）迁移；绝缘电阻；腐蚀试验。评价焊点可靠性试验的主要方法评价焊点可靠性试验的主要方法温度循环；热冲击；高温高湿储存；潮热；高压锅煮；温度循环；热冲击；高温高湿储存；潮热；高压锅煮；跌落；振动；三点、五点弯曲等。跌落；振动；三点、五点弯曲等。通过可靠性试验后再进行以下检查和测试：外观及表面通过可靠性试验后再进行以下检查和测试：外观及表面检查；焊点强度测试；最后还要做检查；焊点强度测试；最后还要做PCBA功能测试。功能测试。染色试验；金相切片分析；染色试验；金相切片分析；有关可靠性与可靠性检测也是一门学科。有关可靠性与可靠性检测也是一门学科。影响焊点强度和连接可靠性的影响焊点强度和连接可靠性的主要因素分析主要因素分析（1 1）钎缝的金相组织）钎缝的金相组织（2 2）金属间结合层的厚度）金属间结合层的厚度（3 3）焊接材料的质量）焊接材料的质量（4 4）焊料量）焊料量（5 5）PCBPCB设计设计（1）钎缝的金相组织）钎缝的金相组织（a a）固溶体钎缝组织）固溶体钎缝组织）固溶体钎缝组织）固溶体钎缝组织 固溶体组织具有良好的强度和塑性，有利于焊点性能。固溶体组织具有良好的强度和塑性，有利于焊点性能。固溶体组织具有良好的强度和塑性，有利于焊点性能。固溶体组织具有良好的强度和塑性，有利于焊点性能。（b b）共晶体钎缝组织）共晶体钎缝组织）共晶体钎缝组织）共晶体钎缝组织 一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，另一方面钎料与一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，另一方面钎料与一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，另一方面钎料与一方面是钎料本身含有大量的共晶体组织，另一方面钎料与固体母材能形成共晶体。固体母材能形成共晶体。固体母材能形成共晶体。固体母材能形成共晶体。（c c）金属间化合物钎缝组织）金属间化合物钎缝组织）金属间化合物钎缝组织）金属间化合物钎缝组织 冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合冷凝时在界面析出金属间化合物。除了溶解、扩散形成化合物外，也可能由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。物外，也可能由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。物外，也可能由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。物外，也可能由母材和钎料直接反应生成金属间化合物。 钎缝中过多的化合物对焊点的性能是不利的。因为金属间化钎缝中过多的化合物对焊点的性能是不利的。因为金属间化钎缝中过多的化合物对焊点的性能是不利的。因为金属间化钎缝中过多的化合物对焊点的性能是不利的。因为金属间化合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之间的热膨胀合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之间的热膨胀合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之间的热膨胀合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之间的热膨胀系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。当温度达到当温度达到210-230时，时，Sn向向Cu表面扩散，而表面扩散，而Pb不扩散。初不扩散。初期生成的期生成的Sn-Cu合金为：合金为：Cu6Sn5（相）相）。其中。其中Cu的重量百分比含的重量百分比含量约为量约为40%。随着温度升高和时间延长，随着温度升高和时间延长，Cu原子渗透（溶解）到原子渗透（溶解）到Cu6Sn5中，局部结构转变为中，局部结构转变为Cu3Sn（相）相），Cu含量由含量由40%增加到增加到66%。当温度继续升高和时间进一步延长，当温度继续升高和时间进一步延长，Sn/Pb焊料中的焊料中的Sn不断向不断向Cu表表面扩散，在焊料一侧只留下面扩散，在焊料一侧只留下Pb，形成形成富富Pb层层。Cu6Sn5和和富富Pb层层之之间的的界面结合力非常脆弱，当受到温度、振动等冲击，就会在焊间的的界面结合力非常脆弱，当受到温度、振动等冲击，就会在焊接界面处发生裂纹。接界面处发生裂纹。从扩散过程分析钎缝组织从扩散过程分析钎缝组织（以（以（以（以63Sn/37Pb63Sn/37Pb焊料与焊料与焊料与焊料与CuCu表面焊接为例）表面焊接为例）表面焊接为例）表面焊接为例）钎缝钎缝(结合层结合层)结构示意图结构示意图Pb熔融熔融Sn/Pb焊料侧焊料侧Cu焊端表面焊端表面CuSnSnCuCu6 6SnSn5 5Cu3SnSn富富富富PbPb层层层层钎缝中的反应是非平衡的，几种反应常常会在钎缝中同时发生钎缝中的反应是非平衡的，几种反应常常会在钎缝中同时发生钎缝中的反应是非平衡的，几种反应常常会在钎缝中同时发生钎缝中的反应是非平衡的，几种反应常常会在钎缝中同时发生钎缝主要有固溶体、共晶体和金属间化合物的混合物组成钎缝主要有固溶体、共晶体和金属间化合物的混合物组成钎缝主要有固溶体、共晶体和金属间化合物的混合物组成钎缝主要有固溶体、共晶体和金属间化合物的混合物组成焊料直接与焊料直接与Cu生成的结合层生成的结合层红色的箭指示的是红色的箭指示的是红色的箭指示的是红色的箭指示的是 CuCu3 3SnSnCuCu6 6SnSn5 5与与CuCu3 3SnSn两种金属间化合物比较两种金属间化合物比较名称名称分子式分子式形成形成位置位置颜色颜色结晶结晶性质性质相相Cu6Sn5焊料润湿焊料润湿到到Cu时时立即生成立即生成Sn与与Cu之间的之间的界面界面白色白色截面截面为为6边边形形实实芯和中空管状，芯和中空管状，还还有一定量有一定量5边边形、三角形、形、三角形、较细较细的园形状、在的园形状、在钎钎料与料与Cu界面界面处处有扇状、珊有扇状、珊贝贝状状良性，良性，强度较高强度较高相相Cu3Sn温度高、温度高、焊接时间焊接时间长引起长引起Cu与与Cu6Sn5之间之间灰色灰色骨针状骨针状恶性，强恶性，强度差，脆度差，脆性性CuCu3SnCu6Sn5富富Pb层层Sn/Pb拉伸力拉伸力（千（千lbl/in2）*4m时，由于金属间合金层时，由于金属间合金层太厚，使连接处失去弹性，由于太厚，使连接处失去弹性，由于金属间结合层的结构疏松、发脆，金属间结合层的结构疏松、发脆，也会使强度小。也会使强度小。*厚度为厚度为0.5m时抗拉强度最佳；时抗拉强度最佳；*0.54m时的抗拉强度可接受；时的抗拉强度可接受；*0.5m时，由于金属间时，由于金属间合金层太薄，几乎没有强度；合金层太薄，几乎没有强度；金属间结合层厚度（金属间结合层厚度（m）金属间结合层厚度与抗拉强度的关系金属间结合层厚度与抗拉强度的关系（2）金属间结合层的厚度与抗拉强度的关系）金属间结合层的厚度与抗拉强度的关系IntermetallicIntermetallicCompoundsCompounds缩写缩写缩写缩写IMCIMC钎缝厚度厚度究竟为多少最佳？钎缝厚度厚度究竟为多少最佳？焊接后必须生成结合层，此结合层由共晶体、固溶体、焊接后必须生成结合层，此结合层由共晶体、固溶体、焊接后必须生成结合层，此结合层由共晶体、固溶体、焊接后必须生成结合层，此结合层由共晶体、固溶体、金属间化合物的混合物组成。金属间化合物的混合物组成。金属间化合物的混合物组成。金属间化合物的混合物组成。钎缝中不可能没有金属间化合物，但不能太厚。钎缝中不可能没有金属间化合物，但不能太厚。钎缝中不可能没有金属间化合物，但不能太厚。钎缝中不可能没有金属间化合物，但不能太厚。因为金因为金因为金因为金属间化合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之属间化合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之属间化合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之属间化合物比较脆，与基板材料、焊盘、元器件焊端之间的热膨胀系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。间的热膨胀系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。间的热膨胀系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。间的热膨胀系数差别很大，容易产生龟裂造成失效。 理论界有不同的说法：理论界有不同的说法：理论界有不同的说法：理论界有不同的说法： 4m4m4m4m，5m5m5m5m，8m8m8m8m？业界有一点认识非常统一：业界有一点认识非常统一：业界有一点认识非常统一：业界有一点认识非常统一：金属间结合层的质量与厚度与以下因素有关：金属间结合层的质量与厚度与以下因素有关：(a)焊料的合金成份和氧化程度焊料的合金成份和氧化程度（要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶；（要求焊膏的合金组分尽量达到共晶或近共晶；含氧量应小于含氧量应小于0.5%，最好控制在，最好控制在80ppm以下）以下）(b)助焊剂质量（净化表面，提高浸润性）助焊剂质量（净化表面，提高浸润性）(c)被焊接金属表面的氧化程度（只有在净化表面，才能被焊接金属表面的氧化程度（只有在净化表面，才能发生扩散反应）发生扩散反应）(d)焊接温度和焊接时间焊接温度和焊接时间焊点和元件受热的热量随温度和时间的增加而增加。焊点和元件受热的热量随温度和时间的增加而增加。金属间结合层的厚度与焊接温度和时间成正比。金属间结合层的厚度与焊接温度和时间成正比。例如例如183以上，但没有达到以上，但没有达到210230时在时在Cu和和Sn之间的扩散、溶解，不能生成足够的金属间结合层。只有之间的扩散、溶解，不能生成足够的金属间结合层。只有在在220维持维持2秒钟左右的条件下才能生成良性的结合层。秒钟左右的条件下才能生成良性的结合层。但焊接温度更高时，扩散反应率就加速，就会生成过多的但焊接温度更高时，扩散反应率就加速，就会生成过多的恶性金属间结合层。焊点变得脆性而多孔。恶性金属间结合层。焊点变得脆性而多孔。焊接热量是温度和时间的函数焊接热量是温度和时间的函数运用焊接理论正确设置温度曲线运用焊接理论正确设置温度曲线运用焊接理论正确设置温度曲线运用焊接理论正确设置温度曲线才能获得最好焊点质量。才能获得最好焊点质量。才能获得最好焊点质量。才能获得最好焊点质量。Sn-Pb系焊料金相图系焊料金相图A-B-C线线液相线液相线A-D、C-E线线固相线固相线D-F、E-G线线溶解度曲线溶解度曲线D-B-E线线共晶点共晶点L区区液体状态液体状态L+ 、L+ 区区二相混合状态二相混合状态 + 区区凝固状态凝固状态（3）焊接材料的质量）焊接材料的质量有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金最佳焊接最佳焊接温度线温度线液态液态固态固态（4）与焊料量有关）与焊料量有关（5）PCB设计设计( (四四) ) 关于无铅焊接机理关于无铅焊接机理（1 1 1 1）目前应用最多的无铅焊料合金）目前应用最多的无铅焊料合金）目前应用最多的无铅焊料合金）目前应用最多的无铅焊料合金（2 2）关于）关于）关于）关于SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu系焊料的最佳成分系焊料的最佳成分系焊料的最佳成分系焊料的最佳成分（3 3）IPCIPC推荐的无铅焊料推荐的无铅焊料推荐的无铅焊料推荐的无铅焊料（4 4） PCBPCB焊盘表面材料焊盘表面材料焊盘表面材料焊盘表面材料（5 5）元器件焊端表面镀层材料）元器件焊端表面镀层材料）元器件焊端表面镀层材料）元器件焊端表面镀层材料（6 6）无铅焊接机理）无铅焊接机理）无铅焊接机理）无铅焊接机理（1 1）目前应用最多的无铅焊料合金）目前应用最多的无铅焊料合金目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料是三元共晶或近共晶形式的晶形式的晶形式的晶形式的SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu焊料。焊料。焊料。焊料。Sn(34)wt%Ag(0.50.7)wt%CuSn(34)wt%Ag(0.50.7)wt%Cu是可接受的范围，其熔点为是可接受的范围，其熔点为是可接受的范围，其熔点为是可接受的范围，其熔点为217217左右。左右。左右。左右。美国美国美国美国采用采用采用采用Sn3.9Agwt%0.6wt%CuSn3.9Agwt%0.6wt%Cu无铅合金无铅合金无铅合金无铅合金欧洲欧洲欧洲欧洲采采采采用用用用Sn3.8Agwt%0.7wt%CuSn3.8Agwt%0.7wt%Cu无铅合金无铅合金无铅合金无铅合金日本日本日本日本采用采用采用采用Sn3.0Agwt%0.5wt%CuSn3.0Agwt%0.5wt%Cu无铅合金无铅合金无铅合金无铅合金Sn-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-Ni焊料合金用于波峰焊。焊料合金用于波峰焊。焊料合金用于波峰焊。焊料合金用于波峰焊。其熔点为其熔点为其熔点为其熔点为227227227227。手工电烙铁焊大多采用手工电烙铁焊大多采用手工电烙铁焊大多采用手工电烙铁焊大多采用SnSnSnSn-Cu-Cu-Cu-Cu、SnSnSnSn-Ag-Ag-Ag-Ag或或或或SnSnSnSn-Ag-Cu-Ag-Cu-Ag-Cu-Ag-Cu焊料。焊料。焊料。焊料。（2）关于）关于Sn-Ag-Cu系焊料的最佳成分系焊料的最佳成分SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu系焊料的最佳成分，日、美、欧之间存在一系焊料的最佳成分，日、美、欧之间存在一系焊料的最佳成分，日、美、欧之间存在一系焊料的最佳成分，日、美、欧之间存在一些微小的差别，日本的无铅实施在世界上处于领先地位，些微小的差别，日本的无铅实施在世界上处于领先地位，些微小的差别，日本的无铅实施在世界上处于领先地位，些微小的差别，日本的无铅实施在世界上处于领先地位，对无铅焊料有很深入的研究，他们的研究表明对无铅焊料有很深入的研究，他们的研究表明对无铅焊料有很深入的研究，他们的研究表明对无铅焊料有很深入的研究，他们的研究表明SnSn-Ag-Ag-CuCu焊料中焊料中焊料中焊料中AgAg与与与与SnSn在在在在221221形成共晶板状的形成共晶板状的形成共晶板状的形成共晶板状的AgAg3 3SnSn合金，合金，合金，合金，当当当当AgAg含量超过含量超过含量超过含量超过3.2wt%3.2wt%以后（出现过共晶成分）板状的以后（出现过共晶成分）板状的以后（出现过共晶成分）板状的以后（出现过共晶成分）板状的AgAg3 3SnSn合金会粗大化，粗大的板状合金会粗大化，粗大的板状合金会粗大化，粗大的板状合金会粗大化，粗大的板状AgAg3 3SnSn较硬，拉伸强较硬，拉伸强较硬，拉伸强较硬，拉伸强度降低，容易造成疲劳寿命降低，他们的结论是：度降低，容易造成疲劳寿命降低，他们的结论是：度降低，容易造成疲劳寿命降低，他们的结论是：度降低，容易造成疲劳寿命降低，他们的结论是：“ “在在在在共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移” ”，因，因，因，因此选择使用低此选择使用低此选择使用低此选择使用低AgAg的的的的 Sn3Ag0.5CuSn3Ag0.5Cu。Sn-Ag-Cu无铅焊料中无铅焊料中AgAg与与S Sn n在在221221形成形成共晶共晶板状的板状的Ag3Sn合金合金 板状的板状的板状的板状的AgAg33SnSn较硬，当较硬，当较硬，当较硬，当AgAg含量超过含量超过含量超过含量超过3.3.2 2 2 2wt%wt%以后以后以后以后（出现过（出现过（出现过（出现过共晶成分）共晶成分）共晶成分）共晶成分）拉伸强度降低，容易造成疲劳寿命降低拉伸强度降低，容易造成疲劳寿命降低拉伸强度降低，容易造成疲劳寿命降低拉伸强度降低，容易造成疲劳寿命降低，因此因此因此因此推荐使用低推荐使用低推荐使用低推荐使用低AgAg的的的的 Sn3Ag0.5CuSn3Ag0.5Cu。结论：结论：结论：结论：“ “在共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移在共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移在共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移在共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移” ”（3）IPC推荐的无铅焊料：推荐的无铅焊料：Ag含量为含量为3.0wt%的的Sn-Ag-Cu焊料焊料由于由于由于由于Sn95.8Ag3.5Cu0.7Sn95.8Ag3.5Cu0.7无铅焊料美国已经有了专无铅焊料美国已经有了专无铅焊料美国已经有了专无铅焊料美国已经有了专利权；另外由于利权；另外由于利权；另外由于利权；另外由于AgAg含量为含量为含量为含量为3.0wt%3.0wt%的焊料没有专利的焊料没有专利的焊料没有专利的焊料没有专利权；价格相对较便宜；焊点质量较好。因此权；价格相对较便宜；焊点质量较好。因此权；价格相对较便宜；焊点质量较好。因此权；价格相对较便宜；焊点质量较好。因此IPCIPC推推推推荐采用荐采用荐采用荐采用AgAg含量为含量为含量为含量为3.0wt%3.0wt%（重量百分比）的（重量百分比）的（重量百分比）的（重量百分比）的SnSn-Ag-Ag-CuCu焊料。焊料。焊料。焊料。合金成分合金成分熔点（熔点（ ）Sn-37PbSn-37PbSn-37PbSn-37Pb（传统）（传统）（传统）（传统）183183183183Sn-58BiSn-58Bi138138Sn-20In-2.8AgSn-20In-2.8Ag179-189179-189Sn-10Bi-5ZnSn-10Bi-5Zn168-190168-190Sn-8.8ZnSn-8.8Zn198.5198.5Sn-3.5Ag-4.8BiSn-3.5Ag-4.8Bi205-210205-210Sn-7.5Bi-2Ag-0.5CuSn-7.5Bi-2Ag-0.5Cu213-218213-218Sn95.8Ag3.5Cu0.7Sn95.8Ag3.5Cu0.7Sn95.8Ag3.5Cu0.7Sn95.8Ag3.5Cu0.7217-218217-218217-218217-218Sn-3.5Ag-1.5InSn-3.5Ag-1.5In218218Sn96.5Ag3.0Cu0.5Sn96.5Ag3.0Cu0.5Sn96.5Ag3.0Cu0.5Sn96.5Ag3.0Cu0.5216-220216-220216-220216-220Sn-3.5AgSn-3.5Ag221221Sn-2AgSn-2Ag221-226221-226Sn-0.7Cu-Ni(Sn-0.7Cu-Ni(Sn-0.7Cu-Ni(Sn-0.7Cu-Ni(用于波峰焊用于波峰焊用于波峰焊用于波峰焊) ) ) )227227227227Sn-5SbSn-5Sb232-240232-240无铅焊料合金的熔点（举例）无铅焊料合金的熔点（举例）无铅焊料合金的熔点（举例）无铅焊料合金的熔点（举例）Sn63Pb37Sn63Pb37与与SnAg3.8Cu0.7SnAg3.8Cu0.7性能比较性能比较合金合金成分成分密度密度g/mm2熔点熔点膨胀膨胀系数系数10-6热传导热传导率率Wm-1K-1电导率电导率%IACS电阻电阻系数系数M-cm表面表面张力张力260mNm-1Sn63Sn63Sn63Sn63Pb37Pb37Pb37Pb378.518323.95011.515481SnSnSnSn Ag3.8Ag3.8Ag3.8Ag3.8Cu0.7Cu0.7Cu0.7Cu0.77.521723.573.215.611548继续攻克研究更理想的无铅焊料继续攻克研究更理想的无铅焊料 虽然虽然虽然虽然SnSnSnSn基基基基无铅无铅无铅无铅合金已经被较广泛的应用，但与合金已经被较广泛的应用，但与合金已经被较广泛的应用，但与合金已经被较广泛的应用，但与Sn63Pb37Sn63Pb37Sn63Pb37Sn63Pb37共晶共晶共晶共晶焊料相比较仍然有以下问题：焊料相比较仍然有以下问题：焊料相比较仍然有以下问题：焊料相比较仍然有以下问题：熔点高熔点高熔点高熔点高3434表面张力大、润湿性差表面张力大、润湿性差表面张力大、润湿性差表面张力大、润湿性差价格高价格高价格高价格高但但但但IPCIPC认为：无铅焊料的种类不能很多，要单一标准认为：无铅焊料的种类不能很多，要单一标准认为：无铅焊料的种类不能很多，要单一标准认为：无铅焊料的种类不能很多，要单一标准化，否则对元件、对可靠性会有很大影响。化，否则对元件、对可靠性会有很大影响。化，否则对元件、对可靠性会有很大影响。化，否则对元件、对可靠性会有很大影响。IPC-A-610DIPC-A-610D就是以就是以就是以就是以SnSn-AgCu-AgCu焊焊焊焊料做的料做的料做的料做的标标标标准。准。准。准。用低用低Ag的的Sn-Ag-Cu替代目前广泛应用于替代目前广泛应用于波峰焊的波峰焊的Sn3Ag0.5Cu焊料有了突破焊料有了突破深圳亿铖达公司推出的深圳亿铖达公司推出的深圳亿铖达公司推出的深圳亿铖达公司推出的M0507M0507(Sn-0.5Ag-0.7Cu)(Sn-0.5Ag-0.7Cu)成本约占成本约占成本约占成本约占Sn-3.0Ag-0.5CuSn-3.0Ag-0.5Cu成本的成本的成本的成本的6575%6575%熔化温度为熔化温度为熔化温度为熔化温度为217227217227，性能与，性能与，性能与，性能与SAC305SAC305和和和和Sn-0.7CuSn-0.7Cu合金相差不大。合金相差不大。合金相差不大。合金相差不大。M0507M0507的润湿性、缺陷率均明显优于的润湿性、缺陷率均明显优于的润湿性、缺陷率均明显优于的润湿性、缺陷率均明显优于Sn-0.7CuSn-0.7Cu与与与与SnSn-Cu-Ni-Cu-Ni，略低于，略低于，略低于，略低于Sn-3.0Ag-0.5CuSn-3.0Ag-0.5Cu。通孔元件焊点拉脱强度约为通孔元件焊点拉脱强度约为通孔元件焊点拉脱强度约为通孔元件焊点拉脱强度约为7070牛顿，介于牛顿，介于牛顿，介于牛顿，介于Sn-Sn-3.0Ag-0.5Cu3.0Ag-0.5Cu和和和和Sn63-Pb37Sn63-Pb37之间；之间；之间；之间；片式电阻焊点剪切强度及片式电阻焊点剪切强度及片式电阻焊点剪切强度及片式电阻焊点剪切强度及QFPQFP封装外引线焊点拉脱封装外引线焊点拉脱封装外引线焊点拉脱封装外引线焊点拉脱强度数据优于强度数据优于强度数据优于强度数据优于Sn-3.0Ag-0.5CuSn-3.0Ag-0.5Cu和和和和SnSn-Cu-Ni-Cu-Ni。 另一家焊料供应商另一家焊料供应商另一家焊料供应商另一家焊料供应商IndiumIndium公司最近新开发出一种改良公司最近新开发出一种改良公司最近新开发出一种改良公司最近新开发出一种改良的的的的SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu合金，在合金，在合金，在合金，在Sn-1.0Ag-0.5CuSn-1.0Ag-0.5Cu的基础上掺杂了的基础上掺杂了的基础上掺杂了的基础上掺杂了其它元素，该掺杂物能够有效增加合金的展延性和柔其它元素，该掺杂物能够有效增加合金的展延性和柔其它元素，该掺杂物能够有效增加合金的展延性和柔其它元素，该掺杂物能够有效增加合金的展延性和柔软性。软性。软性。软性。 据悉，一直推广使用据悉，一直推广使用据悉，一直推广使用据悉，一直推广使用Sn-3.0Ag-0.5CuSn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊料的无铅焊料的无铅焊料的无铅焊料的日本日本日本日本厂家也已经开始意识到：厂家也已经开始意识到：厂家也已经开始意识到：厂家也已经开始意识到：在锡条、锡线领域中采用高在锡条、锡线领域中采用高在锡条、锡线领域中采用高在锡条、锡线领域中采用高银的做法是严重的浪费。银的做法是严重的浪费。银的做法是严重的浪费。银的做法是严重的浪费。日本方面为此成立了一个专日本方面为此成立了一个专日本方面为此成立了一个专日本方面为此成立了一个专门委员会进行探讨，其目标就是研制低门委员会进行探讨，其目标就是研制低门委员会进行探讨，其目标就是研制低门委员会进行探讨，其目标就是研制低AgAg含量的含量的含量的含量的SnSn- -Ag-CuAg-Cu合金。合金。合金。合金。（4）PCB焊盘表面材料焊盘表面材料有有有有铅铅铅铅无无无无铅铅铅铅Sn/PbSn/PbSn/PbSn/Pb热风热风热风热风整平（整平（整平（整平（HASLHASLHASLHASL）无无无无铅铅铅铅HASLHASLHASLHASLNi/AuNi/AuNi/AuNi/Au（化学（化学（化学（化学镀镀镀镀NiNiNiNi和浸和浸和浸和浸镀镀镀镀金金金金ENIG ENIG ENIG ENIG ， 俗称水金板）俗称水金板）俗称水金板）俗称水金板）Ni/AuNi/AuNi/AuNi/AuCuCuCuCu表面涂覆表面涂覆表面涂覆表面涂覆OSPOSPOSPOSPCuCuCuCu表面涂覆表面涂覆表面涂覆表面涂覆OSPOSPOSPOSP浸浸浸浸银银银银（I I I IAgAgAgAg）浸浸浸浸银银银银（I I I IAgAgAgAg）浸浸浸浸锡锡锡锡（I I I ISnSnSnSn）（5）元器件焊端表面镀层材料）元器件焊端表面镀层材料有引有引线线元件元件引引线线材料材料有引有引线线元器件元器件焊焊端端表面表面镀层镀层材料材料无引无引线线元器件元器件焊焊端端表面表面镀层镀层材料材料有有铅铅无无铅铅有有铅铅无无铅铅CuSn/PbSnSn/PbSnNiNi/AuNi42号号合金合金钢钢Ni/Pd/AuNi/Pd/AuSn/AgSn/AgSn/Ag/CuSn/Ag/CuSn/Ag/BiSn/Ag/Bi（6）无铅焊接机理）无铅焊接机理无铅焊接过程、原理与无铅焊接过程、原理与无铅焊接过程、原理与无铅焊接过程、原理与6363Sn-37PbSn-37PbSn-37PbSn-37Pb基本基本基本基本是一样的。是一样的。是一样的。是一样的。主要区别主要区别主要区别主要区别是由于是由于是由于是由于合金成分合金成分合金成分合金成分和和和和助焊剂成分助焊剂成分助焊剂成分助焊剂成分改变了，因此改变了，因此改变了，因此改变了，因此焊接温度焊接温度焊接温度焊接温度、生成的、生成的、生成的、生成的金属间结合层及其结合层的结构、金属间结合层及其结合层的结构、金属间结合层及其结合层的结构、金属间结合层及其结合层的结构、强度、可靠性强度、可靠性强度、可靠性强度、可靠性也不同了。也不同了。也不同了。也不同了。何况有铅焊接时何况有铅焊接时何况有铅焊接时何况有铅焊接时Pb是不扩散的，是不扩散的，Pb在焊缝中只起到填在焊缝中只起到填充作用。另外，无铅焊料中充作用。另外，无铅焊料中SnSn的含量达到的含量达到95%以上以上。金属间结合层的主要成分还是金属间结合层的主要成分还是CuCu6 6SnSn5 5和和和和CuCu3 3SnSn 。当然也不能忽视当然也不能忽视当然也不能忽视当然也不能忽视次要元素次要元素次要元素次要元素也会产生一定的作用。也会产生一定的作用。也会产生一定的作用。也会产生一定的作用。(a)(a)以以以以SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu焊料焊料焊料焊料与与与与CuCu表面焊接为例表面焊接为例表面焊接为例表面焊接为例Sn-Ag-Cu系统中系统中Sn与次要元素与次要元素Ag和和Cu之间的冶金反应之间的冶金反应在在在在S S S Sn n n n-Ag-Cu-Ag-Cu-Ag-Cu-Ag-Cu三个元素之间有三种可能的二元共晶反应：三个元素之间有三种可能的二元共晶反应：三个元素之间有三种可能的二元共晶反应：三个元素之间有三种可能的二元共晶反应：AgAgAgAg与与与与S S S Sn n n n在在在在221221221221形成锡基质相位的共晶结构和形成锡基质相位的共晶结构和形成锡基质相位的共晶结构和形成锡基质相位的共晶结构和金属之间的金属之间的金属之间的金属之间的化合相位化合相位化合相位化合相位(Ag(Ag(Ag(Ag3 3 3 3Sn)Sn)Sn)Sn)。CuCuCuCu与与与与S S S Sn n n n在在在在227227227227形成锡基质相位的共晶结构和形成锡基质相位的共晶结构和形成锡基质相位的共晶结构和形成锡基质相位的共晶结构和金属间的化金属间的化金属间的化金属间的化合相位合相位合相位合相位(Cu(Cu(Cu(Cu6 6 6 6SnSnSnSn5 5 5 5) ) ) )。AgAgAgAg与与与与CuCuCuCu在在在在779779779779形成富形成富形成富形成富Ag Ag Ag Ag 相和富相和富相和富相和富Cu Cu Cu Cu 相共晶合金。相共晶合金。相共晶合金。相共晶合金。但在但在但在但在S S S Sn n n n-Ag-Cu-Ag-Cu-Ag-Cu-Ag-Cu的三种合金固化温度的测量研究中没有发现的三种合金固化温度的测量研究中没有发现的三种合金固化温度的测量研究中没有发现的三种合金固化温度的测量研究中没有发现779779779779相位转变。在温度动力学上解释：相位转变。在温度动力学上解释：相位转变。在温度动力学上解释：相位转变。在温度动力学上解释：更适于更适于更适于更适于AgAgAgAg或或或或CuCuCuCu与与与与S S S Sn n n n反应，生成反应，生成反应，生成反应，生成AgAgAgAg3 3 3 3SnSnSnSn和和和和CuCuCuCu6 6 6 6SnSnSnSn5 5 5 5 。SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu三元合金相图三元合金相图三元合金相图三元合金相图液态时的成分：液态时的成分：液态时的成分：液态时的成分：LSn+CuLSn+Cu6 6SnSn5 5+Ag+Ag3 3SnSn在平衡状态凝固的结晶是在平衡状态凝固的结晶是在平衡状态凝固的结晶是在平衡状态凝固的结晶是很规则的形状很规则的形状很规则的形状很规则的形状（冷却速度无限慢时）（冷却速度无限慢时）（冷却速度无限慢时）（冷却速度无限慢时）实际生产条件下是实际生产条件下是实际生产条件下是实际生产条件下是非平衡状态凝固的结晶非平衡状态凝固的结晶非平衡状态凝固的结晶非平衡状态凝固的结晶CuCuCu3SnCu3SnCu6Sn5Cu6Sn5S Sn n-Ag-Cu-Ag-CuSn-Ag-Cu与与Cu焊接钎缝组织焊接钎缝组织空洞空洞空洞空洞Sn-Ag-Cu合金凝固特性合金凝固特性导致无铅焊点颗粒导致无铅焊点颗粒状状外观粗糙外观粗糙非平衡状态凝固：非平衡状态凝固：非平衡状态凝固：非平衡状态凝固：SnSnSnSn先结晶，以枝晶状（树状）出先结晶，以枝晶状（树状）出先结晶，以枝晶状（树状）出先结晶，以枝晶状（树状）出现，中间夹现，中间夹现，中间夹现，中间夹CuCuCuCu6 6 6 6SnSnSnSn5 5 5 5和和和和AgAgAgAg3 3 3 3SnSnSnSn。SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu结晶组织结晶组织结晶组织结晶组织Sn-Pb37Sn-Pb37共晶组织共晶组织共晶组织共晶组织 Sn-PbSn-Pb结晶彼此都能在某种程度上结晶彼此都能在某种程度上结晶彼此都能在某种程度上结晶彼此都能在某种程度上固溶对方的元素。结晶的形状比固溶对方的元素。结晶的形状比固溶对方的元素。结晶的形状比固溶对方的元素。结晶的形状比较规则，因此外观比较光滑较规则，因此外观比较光滑较规则，因此外观比较光滑较规则，因此外观比较光滑 Sn-Cu合金二元相图合金二元相图合金二元相图合金二元相图SnSn-Cu-Cu的液相线的液相线的液相线的液相线 斜率大斜率大斜率大斜率大(比比Sn/Pb大十几倍大十几倍)，液，液相温度对成分很敏感。相温度对成分很敏感。因此因此少量成分变化，就少量成分变化，就少量成分变化，就少量成分变化，就会使熔点偏移会使熔点偏移会使熔点偏移会使熔点偏移，造成焊，造成焊接温度的变化。接温度的变化。熔点随成分变化而变化熔点随成分变化而变化波峰焊时随着波峰焊时随着波峰焊时随着波峰焊时随着CuCu不断增加，不断增加，不断增加，不断增加，熔点也不断提高。熔点也不断提高。熔点也不断提高。熔点也不断提高。液态液态固态固态最佳焊最佳焊接温度接温度线线Sn-Pb系焊料金相图系焊料金相图(b)Sn-Cu系焊料合金系焊料合金(c)(c)Sn系焊料与系焊料与Ni/Au（ENIG）焊接时的钎缝组织焊接时的钎缝组织焊接时的钎缝组织焊接时的钎缝组织 Sn系焊料(Au,Ni)Sn4Ni3Sn4Ni Ni-Ni-SnSn化合物比较稳定，连接强度较好。化合物比较稳定，连接强度较好。化合物比较稳定，连接强度较好。化合物比较稳定，连接强度较好。 但是但是但是但是AuAu能与焊料中的能与焊料中的能与焊料中的能与焊料中的SnSn形成形成形成形成Au-SnAu-Sn间共价化合物（间共价化合物（间共价化合物（间共价化合物（AuSnAuSn2 2、AuSnAuSn、AuSnAuSn4 4），在焊点中金的含量超过），在焊点中金的含量超过），在焊点中金的含量超过），在焊点中金的含量超过3%3%会使焊点变脆，过多的会使焊点变脆，过多的会使焊点变脆，过多的会使焊点变脆，过多的AuAu原原原原子替代子替代子替代子替代NiNi原子，因为太多的原子，因为太多的原子，因为太多的原子，因为太多的AuAu溶解到焊点里（无论是溶解到焊点里（无论是溶解到焊点里（无论是溶解到焊点里（无论是Sn-PbSn-Pb还是还是还是还是SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu）都将引起）都将引起）都将引起）都将引起“ “金脆金脆金脆金脆” ”。所以一定要限定。所以一定要限定。所以一定要限定。所以一定要限定AuAu层的厚度，用层的厚度，用层的厚度，用层的厚度，用于焊接的于焊接的于焊接的于焊接的AuAu层厚度层厚度层厚度层厚度 1m(1m(一般控制在一般控制在一般控制在一般控制在0.050.050.3m)0.3m)。SnSn与与与与NiNi焊接时生成焊接时生成焊接时生成焊接时生成NiNi3 3SnSn、NiNi3 3SnSn4 4、NiNi3 3SnSn2 2（实际在焊接界（实际在焊接界（实际在焊接界（实际在焊接界面看不到面看不到面看不到面看不到NiNi3 3SnSn）关于关于“黒焊盘黒焊盘”问题问题(BlackPadsinENIGfinishes)(BlackPadsinENIGfinishes) 黒焊盘是黒焊盘是黒焊盘是黒焊盘是PCBPCB制造厂制造厂制造厂制造厂的问题，有铅焊接也的问题，有铅焊接也的问题，有铅焊接也的问题，有铅焊接也存在这个问题。黒焊存在这个问题。黒焊存在这个问题。黒焊存在这个问题。黒焊盘处用手指一推，元盘处用手指一推，元盘处用手指一推，元盘处用手指一推，元件就会掉下来。件就会掉下来。件就会掉下来。件就会掉下来。产生原因：产生原因：产生原因：产生原因： (a)Au(a)Au镀层和镍镀层结构不够致密，空气中镀层和镍镀层结构不够致密，空气中镀层和镍镀层结构不够致密，空气中镀层和镍镀层结构不够致密，空气中的水份容易进入的水份容易进入的水份容易进入的水份容易进入,Ni,Ni被氧化。被氧化。被氧化。被氧化。(b)Ni(b)Ni镀层磷含量偏高或偏低镀层磷含量偏高或偏低镀层磷含量偏高或偏低镀层磷含量偏高或偏低. .(c)(c)镀镍后没有将酸性镀液清洗干净镀镍后没有将酸性镀液清洗干净镀镍后没有将酸性镀液清洗干净镀镍后没有将酸性镀液清洗干净, ,长时间长时间长时间长时间 NiNi被酸腐蚀。被酸腐蚀。被酸腐蚀。被酸腐蚀。 (d)(d)作为可焊性保护性涂覆层的作为可焊性保护性涂覆层的作为可焊性保护性涂覆层的作为可焊性保护性涂覆层的AuAu镀层在焊镀层在焊镀层在焊镀层在焊接时会完全溶蚀到焊料中，而被氧化或腐接时会完全溶蚀到焊料中，而被氧化或腐接时会完全溶蚀到焊料中，而被氧化或腐接时会完全溶蚀到焊料中，而被氧化或腐蚀的蚀的蚀的蚀的NiNi镀层由于可焊性差不能与焊料形成镀层由于可焊性差不能与焊料形成镀层由于可焊性差不能与焊料形成镀层由于可焊性差不能与焊料形成良好的金属间合金层，最终导致虚焊、或良好的金属间合金层，最终导致虚焊、或良好的金属间合金层，最终导致虚焊、或良好的金属间合金层，最终导致虚焊、或焊点强度不足使元件从焊点强度不足使元件从焊点强度不足使元件从焊点强度不足使元件从PCBPCB上脱落。上脱落。上脱落。上脱落。(d)(d)SnSn系焊料与系焊料与系焊料与系焊料与4242号合金钢号合金钢号合金钢号合金钢( (Fe-42Ni)焊接时的钎缝组织焊接时的钎缝组织焊接时的钎缝组织焊接时的钎缝组织 SnSn系合金与系合金与系合金与系合金与Fe-42NiFe-42Ni界面反界面反界面反界面反应应与与与与CuCu相比速度比相比速度比相比速度比相比速度比较较慢。主要反慢。主要反慢。主要反慢。主要反应应：Fe-42NiFe-42Ni中的中的中的中的NiNi向向向向SnSn中溶解，凝固时结晶出板状的中溶解，凝固时结晶出板状的中溶解，凝固时结晶出板状的中溶解，凝固时结晶出板状的NiNi3 3SnSn4 4；剩余的剩余的剩余的剩余的FeFe和残留的和残留的和残留的和残留的NiNi在界面在界面在界面在界面发发生反生反生反生反应应生成生成生成生成( (Fe,NiFe,Ni) )SnSn22，大多形成，大多形成，大多形成，大多形成FeFeSnSn22； 4242号合金钢与号合金钢与号合金钢与号合金钢与SnSn系合金一般能形成良好的界面，但系合金一般能形成良好的界面，但系合金一般能形成良好的界面，但系合金一般能形成良好的界面，但加入加入加入加入BiBi会发生会发生会发生会发生界面偏析界面偏析界面偏析界面偏析，因此连接强度明显降低。，因此连接强度明显降低。，因此连接强度明显降低。，因此连接强度明显降低。(e)各种合金元素与不同金属电极焊接后在界面形成的化合物各种合金元素与不同金属电极焊接后在界面形成的化合物 电电极极（元件焊端（元件焊端PCB焊盘）焊盘）焊焊料合金元素料合金元素SnPbInAgBiZnSbCuCu6Sn5Cu3SnCu9In4（CuIn2）（Cu4In3）Cu5Zn8CuZnCu4SbCu2SbAu（Au6Sn）AuSn2AuSnAuSn4Au2PbAuPb2Au9InAu3InAuInAuIn2Au2BiAu3ZnAuZnAuZn3AuSb2NiNi3SnNi3Sn4Ni3Sn2Ni3InNiInNi2In3Ni3In7NiBiNiBi3NiZnNiZn3Ni5Zn21NiZn8Ni13Sb4Ni5Sb2NiSbNiSb2FeFeSnFeSn24种种FexZnyFeSb2Fe3Sb2AgAg3Sn（Ag6Sn）Ag3InAgIn2Ag2InAgZnAg5Zn8-AgxZnyAg3SbAlAg3AlAg2AlAlSb注：注：粗红红红红体字：表示已经在Sn系合金中发现的化合物； ：从金相图判断为不形成化合物的系 x、y：表示不定比化合物无铅焊接必须注意材料的兼容性无铅焊接必须注意材料的兼容性 从从从从SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu焊料焊料焊料焊料与与与与CuCu； SnSn合金与合金与合金与合金与Ni/AuNi/Au（ENIGENIG）；）；）；）； SnSn系焊系焊系焊系焊料与料与料与料与4242号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出：号合金钢的界面反应和钎缝组织可看出： 不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的不同的焊料合金，甚至同一种焊料合金与不同的金属焊接时的界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。界面反应和钎缝组织都不一样，它们的可靠性也不一样。 由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是由于电子元器件的品种非常多，当前正处于过渡时期，特别是元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失元件焊端的镀层很复杂，可能会存在某些元件焊端与焊料的失配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。配现象，造成可靠性问题。因此一定要仔细选择并管理元件。 另外，选择另外，选择另外，选择另外，选择 焊料和焊料和焊料和焊料和PCBPCB镀镀镀镀/ /涂材料同样十分重要。涂材料同样十分重要。涂材料同样十分重要。涂材料同样十分重要。总结总结理想的界面组织理想的界面组织获得理想的界面组织有许多条件获得理想的界面组织有许多条件 理想的界面组织理想的界面组织希望得到微细强化的共晶体结晶颗粒和固溶体组织，希望得到微细强化的共晶体结晶颗粒和固溶体组织，希望界面处有一层薄而平坦的结合层希望界面处有一层薄而平坦的结合层(0.55m)，尽量减少钎缝中出现化合物层。尽量减少钎缝中出现化合物层。无铅焊接时希望得到偏析较小的焊锡组织。无铅焊接时希望得到偏析较小的焊锡组织。怎样获得理想的界面组织怎样获得理想的界面组织 （a a a a）钎料成分和母材的互溶程度）钎料成分和母材的互溶程度）钎料成分和母材的互溶程度）钎料成分和母材的互溶程度（b b b b）温度和时间）温度和时间）温度和时间）温度和时间（c c c c）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。）液态焊料与母材表面清洁，无氧化层和其它污染物。（d d d d）表面活性物质（助焊剂）的影响）表面活性物质（助焊剂）的影响）表面活性物质（助焊剂）的影响）表面活性物质（助焊剂）的影响（e e e e）环境气氛）环境气氛）环境气氛）环境气氛（f f f f）由于无铅焊接温度高，特别要求）由于无铅焊接温度高，特别要求）由于无铅焊接温度高，特别要求）由于无铅焊接温度高，特别要求PCBPCBPCBPCB材料材料材料材料Z Z Z Z轴方向膨胀系数小，轴方向膨胀系数小，轴方向膨胀系数小，轴方向膨胀系数小，能够保持一个平坦的反应层界面，否则在有偏析的情况下，如果能够保持一个平坦的反应层界面，否则在有偏析的情况下，如果能够保持一个平坦的反应层界面，否则在有偏析的情况下，如果能够保持一个平坦的反应层界面，否则在有偏析的情况下，如果PCBPCBPCBPCB有应力变形，很容易造成焊点剥离。有应力变形，很容易造成焊点剥离。有应力变形，很容易造成焊点剥离。有应力变形，很容易造成焊点剥离。 以上条件中，当其它条件都一定的情况下，影响结合层（钎缝）厚以上条件中，当其它条件都一定的情况下，影响结合层（钎缝）厚以上条件中，当其它条件都一定的情况下，影响结合层（钎缝）厚以上条件中，当其它条件都一定的情况下，影响结合层（钎缝）厚度以及金属间化合物的成分和比例的主要因素是温度和时间。温度以及金属间化合物的成分和比例的主要因素是温度和时间。温度以及金属间化合物的成分和比例的主要因素是温度和时间。温度以及金属间化合物的成分和比例的主要因素是温度和时间。温度过低不能形成结合层或结合层太薄，温度过高、时间过长，化度过低不能形成结合层或结合层太薄，温度过高、时间过长，化度过低不能形成结合层或结合层太薄，温度过高、时间过长，化度过低不能形成结合层或结合层太薄，温度过高、时间过长，化合物层会增厚，因此合物层会增厚，因此合物层会增厚，因此合物层会增厚，因此正确设置温度曲线正确设置温度曲线正确设置温度曲线正确设置温度曲线就非常重要了。就非常重要了。就非常重要了。就非常重要了。影响焊接质量的主要因素影响焊接质量的主要因素(1)PCB设计设计(2)焊料的质量：合金成份及其氧化程度焊料的质量：合金成份及其氧化程度无论有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金无论有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金无论有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金无论有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金(3)助焊剂质量助焊剂质量(4)被焊接金属表面的氧化程度（元件焊端、被焊接金属表面的氧化程度（元件焊端、PCB焊盘）焊盘）(5)工艺：印、贴、焊（工艺：印、贴、焊（正确的正确的正确的正确的 温度曲线温度曲线温度曲线温度曲线）(6)设备设备(7)管理管理(五五)锡基焊料特性锡基焊料特性a浸入液态焊料中的固体金属会产生溶解，生产中将这种现象称之为浸浸入液态焊料中的固体金属会产生溶解，生产中将这种现象称之为浸析现象，或析现象，或“溶蚀溶蚀”现象，俗称现象，俗称“被吃被吃”。b.影响浸析的因素影响浸析的因素被焊金属、焊料成分、焊料的温度和流动速度。被焊金属、焊料成分、焊料的温度和流动速度。金、银、铜在焊料中均有较高的溶解速度。金、银、铜在焊料中均有较高的溶解速度。温度上升，溶解速度增加；焊料流动速度增加，溶解速度也增加。温度上升，溶解速度增加；焊料流动速度增加，溶解速度也增加。c.金、银在液态焊料中也有很高溶解能力，在焊接厚膜电路和银金、银在液态焊料中也有很高溶解能力，在焊接厚膜电路和银-钯合钯合金端电极的片式元件时也会出现金端电极的片式元件时也会出现“浸析浸析”现象，使用含银焊料可以现象，使用含银焊料可以解决上述问题。解决上述问题。d.在生产中应正确调节焊接的时间和温度，特别是在波峰焊中，以避免在生产中应正确调节焊接的时间和温度，特别是在波峰焊中，以避免过量的铜溶于焊料中（过量的铜溶于焊料中（PCB焊盘、引脚均为铜）。应经常监测焊料焊盘、引脚均为铜）。应经常监测焊料中铜的含量，一旦超标，应及时清除过量的铜锡合金。中铜的含量，一旦超标，应及时清除过量的铜锡合金。浸析现象浸析现象 63Sn37Pb63Sn37Pb合金的合金的热膨胀系数热膨胀系数热膨胀系数热膨胀系数CTECTE是是24.51024.510-6-6，从室温升到从室温升到183183，体积会增大，体积会增大1.2%1.2%，而从，而从183183降到降到室温，体积的收缩却为室温，体积的收缩却为4%4%，故锡铅焊料焊点冷却后有，故锡铅焊料焊点冷却后有时有缩小现象。时有缩小现象。冷凝收缩现象冷凝收缩现象无铅焊料也有冷凝收缩现象无铅焊料也有冷凝收缩现象（a）降低熔点。降低熔点。（b）改善机械性能，提高锡铅合金的抗拉强度和剪切强度。改善机械性能，提高锡铅合金的抗拉强度和剪切强度。（c）降低表面张力，有利于焊料在被焊金属表面上的润湿性。降低表面张力，有利于焊料在被焊金属表面上的润湿性。（d）抗氧化，增加焊料的抗氧化性能，减少氧化量。抗氧化，增加焊料的抗氧化性能，减少氧化量。铅在焊料中的作用铅在焊料中的作用 锡基合金在固态时不易氧化，然而在熔化状态下极锡基合金在固态时不易氧化，然而在熔化状态下极易氧化。特别是在机械搅拌下，如在波峰焊料槽中受机易氧化。特别是在机械搅拌下，如在波峰焊料槽中受机械泵搅拌，更加强了氧化物的生成，大部分以锡渣的形械泵搅拌，更加强了氧化物的生成，大部分以锡渣的形式出现在锡槽的表面，严重时会堵塞波峰出口，大量的式出现在锡槽的表面，严重时会堵塞波峰出口，大量的黑色的黑色的SnO粉末的生成会导致焊料性能恶化、变质，严粉末的生成会导致焊料性能恶化、变质，严重时整个焊料均会报废。重时整个焊料均会报废。 液态锡基焊料的易氧化性液态锡基焊料的易氧化性 无铅波峰焊由于无铅波峰焊由于Sn的含量达的含量达99%以上，以上，温度提高温度提高30，液态焊料高温氧化问题严重，液态焊料高温氧化问题严重（a）加入防氧化油加入防氧化油（b）使用活性炭类的固体防氧化剂使用活性炭类的固体防氧化剂（c）使用防氧化焊料使用防氧化焊料防氧化焊料是在锡铅合金焊料中添加少量的其防氧化焊料是在锡铅合金焊料中添加少量的其它金属粉末来实现焊料防氧化性能的提高。目前使它金属粉末来实现焊料防氧化性能的提高。目前使用较多的是加入微量稀有金属末改善锡铅焊料的防用较多的是加入微量稀有金属末改善锡铅焊料的防氧化性能，焊接工艺性如润湿性也不受影响。氧化性能，焊接工艺性如润湿性也不受影响。（d）N2保护。保护。锡基焊料的防氧化锡基焊料的防氧化二运用焊接理论二运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线正确设置无铅再流焊温度曲线1 1 1 1以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理2 2 2 2从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点3 3 3 3运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理以焊接理论为指导分析再流焊的焊接机理从温度曲线分析再流焊的原理：当从温度曲线分析再流焊的原理：当PCBPCB进入升温区（干燥进入升温区（干燥区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，焊膏软化、塌落、区）时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，焊膏软化、塌落、覆盖了焊盘，将焊盘、元件焊端与氧气隔离；覆盖了焊盘，将焊盘、元件焊端与氧气隔离；PCBPCB进入保进入保温区时，使温区时，使PCBPCB和元器件得到充分的预热，以防和元器件得到充分的预热，以防PCBPCB突然突然进入焊接高温区而损坏进入焊接高温区而损坏PCBPCB和元器件；在助焊剂活化区，和元器件；在助焊剂活化区，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元件焊端，并清洗氧化层；焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元件焊端，并清洗氧化层；当当PCBPCB进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡润湿液态焊锡润湿PCBPCB的焊盘、元件焊端，同时发生扩散、溶的焊盘、元件焊端，同时发生扩散、溶解、冶金结合，漫流或回流混合形成焊锡接点；解、冶金结合，漫流或回流混合形成焊锡接点；PCBPCB进入进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了再流焊。冷却区，使焊点凝固。此时完成了再流焊。从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点从再流焊温度曲线分析无铅焊接的特点63Sn-37Pb63Sn-37Pb铅锡焊膏再流焊温度曲线铅锡焊膏再流焊温度曲线 Sn-Ag-Cu无铅焊接再流焊温度曲线无铅焊接再流焊温度曲线有铅、无铅再流焊温度曲线比较有铅、无铅再流焊温度曲线比较焊膏类型焊膏类型铅锡焊膏铅锡焊膏（63Sn37Pb63Sn37Pb）无铅焊膏无铅焊膏（SnSn -Ag -Cu -Ag -Cu）升温区升温区温度温度25251001002525110110时间时间606090 sec90 sec9090120 sec120 sec工艺窗口工艺窗口要求缓慢升温要求缓慢升温预热区预热区温度温度100100150150110110180180时间时间606090 sec90 sec9090120 sec120 sec助焊剂浸助焊剂浸润润区区( (快速升温快速升温区区) )温度温度150150183183180180220220时间时间101060 sec60 sec121241 sec41 sec工艺窗口工艺窗口50 sec50 sec29 sec29 sec升温斜率升温斜率升温斜率升温斜率0.550.550.550.553.23.23.23.2/ / / /secsecsecsec1.21.21.21.24444/ / / /secsecsecsec回流回流( (焊接区焊接区) )峰值温度峰值温度210210230230235235245245PCBPCB极限温度（极限温度（FR-4FR-4）240240240240工艺窗口工艺窗口240-210= 30240-210= 30240-235= 5240-235= 5回流时间回流时间606090 sec90 sec505060 sec60 sec工艺窗口工艺窗口30 sec30 sec10 sec10 sec无铅焊接的特点无铅焊接的特点高温高温高温高温工艺窗口小工艺窗口小工艺窗口小工艺窗口小润湿性差润湿性差润湿性差润湿性差 如何设置如何设置如何设置如何设置最佳的温度曲线，既保证焊点质量，又保证最佳的温度曲线，既保证焊点质量，又保证最佳的温度曲线，既保证焊点质量，又保证最佳的温度曲线，既保证焊点质量，又保证不损坏元器件和不损坏元器件和不损坏元器件和不损坏元器件和PCBPCBPCBPCB，就是，就是，就是，就是无铅回流焊接技术要解决的无铅回流焊接技术要解决的无铅回流焊接技术要解决的无铅回流焊接技术要解决的根本的问题根本的问题根本的问题根本的问题3 3运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线运用焊接理论正确设置无铅再流焊温度曲线( (结合结合Sn-Ag-Cu无铅焊接再流焊温度曲线无铅焊接再流焊温度曲线) ) 升温区和预热区升温区和预热区升温区和预热区升温区和预热区有铅焊接有铅焊接有铅焊接有铅焊接升温区从室温升温区从室温升温区从室温升温区从室温2525升到升到升到升到100100需要需要需要需要6 60 090s90s，预热区从，预热区从，预热区从，预热区从100100150150需要需要需要需要606090s90s；而；而；而；而无铅焊接无铅焊接无铅焊接无铅焊接从从从从升温区从室温升温区从室温升温区从室温升温区从室温2525升到升到升到升到110110需要需要需要需要9090120s120s，预热区，预热区，预热区，预热区从从从从110110180180需要需要需要需要9090120s120s，多层板、大尺寸板及有，多层板、大尺寸板及有，多层板、大尺寸板及有，多层板、大尺寸板及有大热容量元器件的复杂印制电路板，为了使整个大热容量元器件的复杂印制电路板，为了使整个大热容量元器件的复杂印制电路板，为了使整个大热容量元器件的复杂印制电路板，为了使整个PCBPCB温度均匀，减小温度均匀，减小温度均匀，减小温度均匀，减小PCBPCB及大小元器件的温差及大小元器件的温差及大小元器件的温差及大小元器件的温差 t t，无铅焊无铅焊无铅焊无铅焊接需要缓慢升温和充分预热。接需要缓慢升温和充分预热。接需要缓慢升温和充分预热。接需要缓慢升温和充分预热。在实际回流焊中，在实际回流焊中，在实际回流焊中，在实际回流焊中，在同一块在同一块在同一块在同一块PCBPCB上上上上，特别是大尺寸、复，特别是大尺寸、复，特别是大尺寸、复，特别是大尺寸、复杂的多层板，由于不同位置铜的分布面积不同，不同位杂的多层板，由于不同位置铜的分布面积不同，不同位杂的多层板，由于不同位置铜的分布面积不同，不同位杂的多层板，由于不同位置铜的分布面积不同，不同位置上元器件的大小、元器件的密集程度不同，因此置上元器件的大小、元器件的密集程度不同，因此置上元器件的大小、元器件的密集程度不同，因此置上元器件的大小、元器件的密集程度不同，因此PCBPCB表面的温度是不均匀的表面的温度是不均匀的表面的温度是不均匀的表面的温度是不均匀的。回流焊时如果。回流焊时如果。回流焊时如果。回流焊时如果PCBPCB某处最小峰某处最小峰某处最小峰某处最小峰值温度为值温度为值温度为值温度为235235，最大峰值温度取决于板面的温差，最大峰值温度取决于板面的温差，最大峰值温度取决于板面的温差，最大峰值温度取决于板面的温差t t，它取决于板的尺寸、厚度、层数、元件布局、它取决于板的尺寸、厚度、层数、元件布局、它取决于板的尺寸、厚度、层数、元件布局、它取决于板的尺寸、厚度、层数、元件布局、CuCu的分的分的分的分布以及元件尺寸和热容量。拥有大而复杂元件（如布以及元件尺寸和热容量。拥有大而复杂元件（如布以及元件尺寸和热容量。拥有大而复杂元件（如布以及元件尺寸和热容量。拥有大而复杂元件（如CBGACBGA、CCGACCGA等）的大、厚印制板，典型等）的大、厚印制板，典型等）的大、厚印制板，典型等）的大、厚印制板，典型t t高达高达高达高达20252025。缓慢升温和充分预热能够减少缓慢升温和充分预热能够减少缓慢升温和充分预热能够减少缓慢升温和充分预热能够减少PCBPCB表面的表面的表面的表面的t t 150217150217/5070sec5070sec助焊剂浸润区（快速升温区）助焊剂浸润区（快速升温区）助焊剂浸润区（快速升温区）助焊剂浸润区（快速升温区） 此阶段的作用是清洁焊件表面的氧化膜及污物此阶段的作用是清洁焊件表面的氧化膜及污物此阶段的作用是清洁焊件表面的氧化膜及污物此阶段的作用是清洁焊件表面的氧化膜及污物 有铅焊接有铅焊接有铅焊接有铅焊接从从从从150150升到升到升到升到183183，升温，升温，升温，升温3333，可允许在，可允许在，可允许在，可允许在3060sec3060sec之间之间之间之间完成，其升温速率为完成，其升温速率为完成，其升温速率为完成，其升温速率为0.5510.551/secsec；而；而；而；而无铅焊接无铅焊接无铅焊接无铅焊接从从从从180180升到升到升到升到217217，升温，升温，升温，升温3737，只允许在，只允许在，只允许在，只允许在121241s41s之间完成，升温速率为之间完成，升温速率为之间完成，升温速率为之间完成，升温速率为0.80.81.11.1/s s，无铅焊接要求无铅焊接要求无铅焊接要求无铅焊接要求助焊剂浸润区的助焊剂浸润区的助焊剂浸润区的助焊剂浸润区的升温速率比有铅高升温速率比有铅高升温速率比有铅高升温速率比有铅高30%30%以以以以上。上。上。上。 另外由于无铅比有铅的熔点高另外由于无铅比有铅的熔点高另外由于无铅比有铅的熔点高另外由于无铅比有铅的熔点高3434，温度越高升温越困难温度越高升温越困难温度越高升温越困难温度越高升温越困难， 如果如果如果如果升温速率提不上去，升温速率提不上去，升温速率提不上去，升温速率提不上去，长时间处在高温下会使焊膏中助焊剂提长时间处在高温下会使焊膏中助焊剂提长时间处在高温下会使焊膏中助焊剂提长时间处在高温下会使焊膏中助焊剂提前结束活化反应前结束活化反应前结束活化反应前结束活化反应，严重时会使，严重时会使，严重时会使，严重时会使PCBPCB焊盘，元件引脚和焊膏中的焊焊盘，元件引脚和焊膏中的焊焊盘，元件引脚和焊膏中的焊焊盘，元件引脚和焊膏中的焊料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良，因此料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良，因此料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良，因此料合金在高温下重新氧化而造成焊接不良，因此要求助焊剂浸润要求助焊剂浸润要求助焊剂浸润要求助焊剂浸润区有更高的升温斜率。区有更高的升温斜率。区有更高的升温斜率。区有更高的升温斜率。正确控制助焊剂浸润区的温度和时间对提高焊点质量具有重要意义正确控制助焊剂浸润区的温度和时间对提高焊点质量具有重要意义正确控制助焊剂浸润区的温度和时间对提高焊点质量具有重要意义正确控制助焊剂浸润区的温度和时间对提高焊点质量具有重要意义 钎焊焊接只能在清洁的金属表面进行。钎焊焊接只能在清洁的金属表面进行。钎焊焊接只能在清洁的金属表面进行。钎焊焊接只能在清洁的金属表面进行。此阶段的作用是清理焊件的此阶段的作用是清理焊件的此阶段的作用是清理焊件的此阶段的作用是清理焊件的被焊界面被焊界面被焊界面被焊界面，把界面的氧化膜及附着的污物清除干净。，把界面的氧化膜及附着的污物清除干净。，把界面的氧化膜及附着的污物清除干净。，把界面的氧化膜及附着的污物清除干净。 助焊剂浸润区的温度和时间是根据焊膏中助焊剂的活化温度来确定助焊剂浸润区的温度和时间是根据焊膏中助焊剂的活化温度来确定助焊剂浸润区的温度和时间是根据焊膏中助焊剂的活化温度来确定助焊剂浸润区的温度和时间是根据焊膏中助焊剂的活化温度来确定的。在助焊剂浸润区的。在助焊剂浸润区的。在助焊剂浸润区的。在助焊剂浸润区要求助焊剂在完成对焊件金属表面（焊盘和要求助焊剂在完成对焊件金属表面（焊盘和要求助焊剂在完成对焊件金属表面（焊盘和要求助焊剂在完成对焊件金属表面（焊盘和元件焊端）氧化层清洗的前提下，还要保持一定的活性元件焊端）氧化层清洗的前提下，还要保持一定的活性元件焊端）氧化层清洗的前提下，还要保持一定的活性元件焊端）氧化层清洗的前提下，还要保持一定的活性，使助焊，使助焊，使助焊，使助焊剂对熔融的焊料产生去氧化、降低液态焊料的粘度和表面张力、剂对熔融的焊料产生去氧化、降低液态焊料的粘度和表面张力、剂对熔融的焊料产生去氧化、降低液态焊料的粘度和表面张力、剂对熔融的焊料产生去氧化、降低液态焊料的粘度和表面张力、增加流动性、提高浸润性，使钎料熔化时就能迅速铺展开。增加流动性、提高浸润性，使钎料熔化时就能迅速铺展开。增加流动性、提高浸润性，使钎料熔化时就能迅速铺展开。增加流动性、提高浸润性，使钎料熔化时就能迅速铺展开。 因此因此因此因此要求助焊剂的活性温度范围覆盖整个钎焊温度要求助焊剂的活性温度范围覆盖整个钎焊温度要求助焊剂的活性温度范围覆盖整个钎焊温度要求助焊剂的活性温度范围覆盖整个钎焊温度。其次是助焊剂。其次是助焊剂。其次是助焊剂。其次是助焊剂与钎料的流动、铺展进程要协调。与钎料的流动、铺展进程要协调。与钎料的流动、铺展进程要协调。与钎料的流动、铺展进程要协调。使钎料的熔化与助焊剂的活性使钎料的熔化与助焊剂的活性使钎料的熔化与助焊剂的活性使钎料的熔化与助焊剂的活性高潮保持同步。高潮保持同步。高潮保持同步。高潮保持同步。一般一般一般一般要求助焊剂的熔化（活性化）温度在焊料合要求助焊剂的熔化（活性化）温度在焊料合要求助焊剂的熔化（活性化）温度在焊料合要求助焊剂的熔化（活性化）温度在焊料合金熔点前金熔点前金熔点前金熔点前56s56s。 回流区回流区回流区回流区从从从从SnSn-Ag-Cu-Ag-Cu焊料熔融温度焊料熔融温度焊料熔融温度焊料熔融温度217217到焊料凝固温度到焊料凝固温度到焊料凝固温度到焊料凝固温度217217为回流区，即流动的液相区。液相区的时间要控制在为回流区，即流动的液相区。液相区的时间要控制在为回流区，即流动的液相区。液相区的时间要控制在为回流区，即流动的液相区。液相区的时间要控制在50605060secsec以内，其峰值温度为以内，其峰值温度为以内，其峰值温度为以内，其峰值温度为235245235245。峰值峰值峰值峰值区是扩散、溶解、冶金结合形成良好焊点的关键区区是扩散、溶解、冶金结合形成良好焊点的关键区区是扩散、溶解、冶金结合形成良好焊点的关键区区是扩散、溶解、冶金结合形成良好焊点的关键区域。域。域。域。设置峰值温度和液相时间要考虑设置峰值温度和液相时间要考虑设置峰值温度和液相时间要考虑设置峰值温度和液相时间要考虑IMCIMC的厚度的厚度的厚度的厚度，峰值峰值峰值峰值温度越高，温度越高，温度越高，温度越高，IMCIMC生长速度越快；液相时间越长，生长速度越快；液相时间越长，生长速度越快；液相时间越长，生长速度越快；液相时间越长， IMCIMC越多。越多。越多。越多。由于无铅焊接温度高，由于无铅焊接温度高，由于无铅焊接温度高，由于无铅焊接温度高， IMCIMC生长速度比生长速度比生长速度比生长速度比Sn-PbSn-Pb焊接快，焊接快，焊接快，焊接快，为了控制为了控制为了控制为了控制IMCIMC不要太多，不要太多，不要太多，不要太多，应尽量采用低峰值温度、峰值应尽量采用低峰值温度、峰值应尽量采用低峰值温度、峰值应尽量采用低峰值温度、峰值时间和最短的时间和最短的时间和最短的时间和最短的液相液相液相液相时间，这一点是极其重要的时间，这一点是极其重要的时间，这一点是极其重要的时间，这一点是极其重要的。设置峰值温度和液相时间还要考虑设置峰值温度和液相时间还要考虑设置峰值温度和液相时间还要考虑设置峰值温度和液相时间还要考虑PCBPCB和元器件的耐温和元器件的耐温和元器件的耐温和元器件的耐温极限。极限。极限。极限。由于由于由于由于FR-4FR-4基材基材基材基材PCBPCB的极限温度为的极限温度为的极限温度为的极限温度为240240245245，有，有，有，有些有铅元器件的极限温度也是些有铅元器件的极限温度也是些有铅元器件的极限温度也是些有铅元器件的极限温度也是240240，因此无铅焊接时，因此无铅焊接时，因此无铅焊接时，因此无铅焊接时只允许有只允许有只允许有只允许有5 51010的波动范围，工艺窗口非常窄。如果的波动范围，工艺窗口非常窄。如果的波动范围，工艺窗口非常窄。如果的波动范围，工艺窗口非常窄。如果PCBPCB表面温度是均匀的，表面温度是均匀的，表面温度是均匀的，表面温度是均匀的， 那么实际工艺允许有那么实际工艺允许有那么实际工艺允许有那么实际工艺允许有5 51010的误差。假若的误差。假若的误差。假若的误差。假若PCBPCB表面温度差表面温度差表面温度差表面温度差tt 55，那么，那么，那么，那么PCBPCB某处某处某处某处已超过已超过已超过已超过PCBPCB和某些元件的极限温度和某些元件的极限温度和某些元件的极限温度和某些元件的极限温度240240，会损坏，会损坏，会损坏，会损坏PCBPCB和元器件。和元器件。和元器件。和元器件。对于简单的产品，峰值温度对于简单的产品，峰值温度对于简单的产品，峰值温度对于简单的产品，峰值温度235240235240可以满足要求；可以满足要求；可以满足要求；可以满足要求；但是但是但是但是对于复杂产品，可能需要对于复杂产品，可能需要对于复杂产品，可能需要对于复杂产品，可能需要260260260260才能焊好才能焊好才能焊好才能焊好。因此传。因此传。因此传。因此传统的统的统的统的FR-4FR-4基材基材基材基材PCBPCB就不能满足要求了。就不能满足要求了。就不能满足要求了。就不能满足要求了。冷却区冷却区从峰值温度至再流焊炉出口称为冷却区。在此区域从峰值温度至再流焊炉出口称为冷却区。在此区域从峰值温度至再流焊炉出口称为冷却区。在此区域从峰值温度至再流焊炉出口称为冷却区。在此区域焊料冷却、凝固，形成焊点。焊料冷却、凝固，形成焊点。焊料冷却、凝固，形成焊点。焊料冷却、凝固，形成焊点。研究表明，冷却速率对焊点的质量有很大影响。冷研究表明，冷却速率对焊点的质量有很大影响。冷研究表明，冷却速率对焊点的质量有很大影响。冷研究表明，冷却速率对焊点的质量有很大影响。冷却速率决定焊点的结晶形态、内部组织，会影响焊却速率决定焊点的结晶形态、内部组织，会影响焊却速率决定焊点的结晶形态、内部组织，会影响焊却速率决定焊点的结晶形态、内部组织，会影响焊点微结构的形成，进而影响焊点的可靠性。冷却速点微结构的形成，进而影响焊点的可靠性。冷却速点微结构的形成，进而影响焊点的可靠性。冷却速点微结构的形成，进而影响焊点的可靠性。冷却速率还对焊点外观有一定的影响，尤其对于非共晶系率还对焊点外观有一定的影响，尤其对于非共晶系率还对焊点外观有一定的影响，尤其对于非共晶系率还对焊点外观有一定的影响，尤其对于非共晶系无铅钎料，影响更为明显。无铅钎料，影响更为明显。无铅钎料，影响更为明显。无铅钎料，影响更为明显。由于回流区的峰值温度高，如果冷却速度过慢，相当于由于回流区的峰值温度高，如果冷却速度过慢，相当于由于回流区的峰值温度高，如果冷却速度过慢，相当于由于回流区的峰值温度高，如果冷却速度过慢，相当于延长了液相时间，也会增加延长了液相时间，也会增加延长了液相时间，也会增加延长了液相时间，也会增加IMCIMC的生长；焊点冷却凝的生长；焊点冷却凝的生长；焊点冷却凝的生长；焊点冷却凝固时间过长，会造成焊点结晶颗粒长大；因此无铅焊接固时间过长，会造成焊点结晶颗粒长大；因此无铅焊接固时间过长，会造成焊点结晶颗粒长大；因此无铅焊接固时间过长，会造成焊点结晶颗粒长大；因此无铅焊接要求快速冷却；另外，加速冷却可以防止产生偏析，避要求快速冷却；另外，加速冷却可以防止产生偏析，避要求快速冷却；另外，加速冷却可以防止产生偏析，避要求快速冷却；另外，加速冷却可以防止产生偏析，避免枝状结晶的形成，因此要求焊接设备增加冷却装置，免枝状结晶的形成，因此要求焊接设备增加冷却装置，免枝状结晶的形成，因此要求焊接设备增加冷却装置，免枝状结晶的形成，因此要求焊接设备增加冷却装置，使焊点快速降温。但降温速度也不能过快，过快降温会使焊点快速降温。但降温速度也不能过快，过快降温会使焊点快速降温。但降温速度也不能过快，过快降温会使焊点快速降温。但降温速度也不能过快，过快降温会损坏元器件，损坏元器件，损坏元器件，损坏元器件，片式陶瓷电容器的降温斜率一般控制在片式陶瓷电容器的降温斜率一般控制在片式陶瓷电容器的降温斜率一般控制在片式陶瓷电容器的降温斜率一般控制在- -2 2-4/-4/secsec。IPC/JEDEC020CIPC/JEDEC020C规定的冷却斜率的范围为规定的冷却斜率的范围为规定的冷却斜率的范围为规定的冷却斜率的范围为-3-3-6/s-6/s 总之，总之，总之，总之，要求有一个受控的冷却过程。要求有一个受控的冷却过程。要求有一个受控的冷却过程。要求有一个受控的冷却过程。冷却速率控制示意图冷却速率控制示意图第一阶段从峰值温度至凝固点（Sn-37Pb 共晶合金为220183，Sn-Ag-Cu合金为245217）第二阶段从凝固点至100（Sn-37Pb 共晶合金为183100，Sn-Ag-Cu合金为217100）第三阶段从100至再流焊炉出口，出口处温度一般要求低于60无铅合金再流焊应考虑以下因素的影响无铅合金再流焊应考虑以下因素的影响 液相时间（液相时间（液相时间（液相时间（TALTALTALTAL）对金属间界面生长和焊点剪切强）对金属间界面生长和焊点剪切强）对金属间界面生长和焊点剪切强）对金属间界面生长和焊点剪切强度的影响；度的影响；度的影响；度的影响；冷却速率对焊点强度和金属间成型率的影响；冷却速率对焊点强度和金属间成型率的影响；冷却速率对焊点强度和金属间成型率的影响；冷却速率对焊点强度和金属间成型率的影响；温度曲线的影响；温度曲线的影响；温度曲线的影响；温度曲线的影响；不同表面涂覆材料对焊点剪切强度的影响；不同表面涂覆材料对焊点剪切强度的影响；不同表面涂覆材料对焊点剪切强度的影响；不同表面涂覆材料对焊点剪切强度的影响；老化对焊点剪切强度的影响。老化对焊点剪切强度的影响。老化对焊点剪切强度的影响。老化对焊点剪切强度的影响。 在在在在SMTSMT工艺中，有的组装板可能需要经过工艺中，有的组装板可能需要经过工艺中，有的组装板可能需要经过工艺中，有的组装板可能需要经过2 23 3次再流焊，次再流焊，次再流焊，次再流焊，有的组装板需要经过再流焊、波峰焊和烙铁焊多次或多有的组装板需要经过再流焊、波峰焊和烙铁焊多次或多有的组装板需要经过再流焊、波峰焊和烙铁焊多次或多有的组装板需要经过再流焊、波峰焊和烙铁焊多次或多种焊接方法，种焊接方法，种焊接方法，种焊接方法，多次焊接会增加金属间化合物的生成，多次焊接会增加金属间化合物的生成，多次焊接会增加金属间化合物的生成，多次焊接会增加金属间化合物的生成，使使使使金属间化合物层变厚，因此还要注意双面回流焊和尽量金属间化合物层变厚，因此还要注意双面回流焊和尽量金属间化合物层变厚，因此还要注意双面回流焊和尽量金属间化合物层变厚，因此还要注意双面回流焊和尽量避免返修作业。例如双面回流焊时更要注意尽量不要设避免返修作业。例如双面回流焊时更要注意尽量不要设避免返修作业。例如双面回流焊时更要注意尽量不要设避免返修作业。例如双面回流焊时更要注意尽量不要设置过高的温度和时间；置过高的温度和时间；置过高的温度和时间；置过高的温度和时间；通过工艺控制尽量使通过工艺控制尽量使通过工艺控制尽量使通过工艺控制尽量使SMTSMT实现：实现：实现：实现：通过印刷焊膏、贴装元器件、最后从再流焊炉出来的表通过印刷焊膏、贴装元器件、最后从再流焊炉出来的表通过印刷焊膏、贴装元器件、最后从再流焊炉出来的表通过印刷焊膏、贴装元器件、最后从再流焊炉出来的表面组装板的合格率达到或接近达到面组装板的合格率达到或接近达到面组装板的合格率达到或接近达到面组装板的合格率达到或接近达到100%100%，也就是说要求，也就是说要求，也就是说要求，也就是说要求实现零（无）缺陷或接近零缺陷的再流焊接质量，同时实现零（无）缺陷或接近零缺陷的再流焊接质量，同时实现零（无）缺陷或接近零缺陷的再流焊接质量，同时实现零（无）缺陷或接近零缺陷的再流焊接质量，同时还要求所有的焊点达到一定的机械强度还要求所有的焊点达到一定的机械强度还要求所有的焊点达到一定的机械强度还要求所有的焊点达到一定的机械强度。只有这样的产。只有这样的产。只有这样的产。只有这样的产品才能实现高质量、高可靠。品才能实现高质量、高可靠。品才能实现高质量、高可靠。品才能实现高质量、高可靠。总结总结焊接是电子制造工艺中的关键工序。学习、研究焊接焊接是电子制造工艺中的关键工序。学习、研究焊接焊接是电子制造工艺中的关键工序。学习、研究焊接焊接是电子制造工艺中的关键工序。学习、研究焊接机理，了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，实机理，了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，实机理，了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，实机理，了解焊接过程，是为了从根本上采取措施，实现提高焊接质量的目的。现提高焊接质量的目的。现提高焊接质量的目的。现提高焊接质量的目的。SMTSMT的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得的质量目标是提高直通率。除了要减少肉眼看得见的焊点缺陷外，还要克服虚焊、焊接界面结合强度见的焊点缺陷外，还要克服虚焊、焊接界面结合强度见的焊点缺陷外，还要克服虚焊、焊接界面结合强度见的焊点缺陷外，还要克服虚焊、焊接界面结合强度差、焊点内部应力大等肉眼看不见的焊点缺陷。通过差、焊点内部应力大等肉眼看不见的焊点缺陷。通过差、焊点内部应力大等肉眼看不见的焊点缺陷。通过差、焊点内部应力大等肉眼看不见的焊点缺陷。通过学习我们要掌握怎样获得理想界面组织的正确方法。学习我们要掌握怎样获得理想界面组织的正确方法。学习我们要掌握怎样获得理想界面组织的正确方法。学习我们要掌握怎样获得理想界面组织的正确方法。运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅运用焊接理论，正确设置再流焊温度曲线，提高无铅焊接质量。焊接质量。焊接质量。焊接质量。