印制電路板的最佳焊接方法

　　1 沾錫作用

　　當(dāng)熱的液態(tài)焊錫溶解并滲透到被焊接的金屬表面時(shí)，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(gè)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(diǎn)的強(qiáng)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(dá)到適當(dāng)?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(kuò)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(gè)薄層，如果附著力大于內(nèi)聚力就會(huì)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(duì)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(yuǎn)大于表面能量(內(nèi)聚力)時(shí)，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(shí)溫度的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。焊接時(shí)較少的熱量可形成精細(xì)的晶狀結(jié)構(gòu)，形成具有最佳強(qiáng)度的優(yōu)良焊接點(diǎn)。反應(yīng)時(shí)間過長，不管是由于焊接時(shí)間過長還是由于溫度過高或是兩者兼有，都會(huì)導(dǎo)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(qiáng)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(huì)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(jí)為0.1mm ，波峰焊與手工烙鐵焊中，優(yōu)良焊接點(diǎn)的金屬間鍵的厚度多數(shù)超過0.5μm 。由于焊接點(diǎn)的切變強(qiáng)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(shí)間盡可能的短來實(shí)現(xiàn)。

　　金屬合金共化物層的厚度依賴于形成焊接點(diǎn)的溫度和時(shí)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(xué)擴(kuò)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(diǎn)或焊接時(shí)沒有升高到適當(dāng)溫度的焊接點(diǎn)，它可能導(dǎo)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(shí)間的焊接點(diǎn)，它將導(dǎo)致焊接點(diǎn)抗張強(qiáng)度非常弱，如圖所示。

　　4 沾錫角

　　比焊錫的共晶點(diǎn)溫度高出大約35℃時(shí)，當(dāng)一滴焊錫放置于熱的涂有助焊劑的表面上時(shí)，就形成了一個(gè)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(píng)估。如果焊錫彎月面有一個(gè)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(gè)小于30。的小角度才具有良好的焊接性。