电路板焊料的原理解释

2020-05-19 12:01:49 403

电路板焊接是用熔融焊料（填充金属）将接合点表面润湿，并且在两个金属零件间形成冶金性结合。对于较高熔点的焊料，焊接技术被归类为硬銲技术，在定义上与一般的焊料焊接并不相同。焊接是重要的电子零件互连技术，包括各种电子工业中不同阶的组装都需要用到这样的技术。

人类使用焊接的技术已经有千年以上历史，但是由于近代对冶金学的逐步认识才有较深入的理解。电路板焊接的行为模式可以粗略地分为三个阶段，它们是：（1）扩散分布（2）基材金属熔解（3）介金属层形成。

当然在完成焊接作业后，金属的状态还会有后续的变化。焊接作业中助焊剂或气体都保持在流体状态，所谓的基材金属指的是基板上所负载的导通连结金属，这包含其表面处理的金属层在内，如：浸金、浸锡、浸银等等处理都是。

要进行电路板焊接作业，焊料必须要先加热到熔融状态。熔融的焊料会开始润湿基材金属表面，这与多数液体润湿物质现象类似。润湿行为涉及液体的相互力量平衡，可以依据介面张力平衡来分析，典型的相互关系如下图所示。

当接触角缩小到某个较小值时，两组矢量就会达到平衡而在金属固体表面呈现平衡稳定状态。在电子焊接应用上所谓的好焊点，就是可以减少应力集中，产生一个较小的焊料扩散0值，典型的接点焊接状况如下图所示。

小的接触角代表了较佳的润湿，比较容易流体扩散分布决定于界面间张力的平衡，但是实际焊接时间短暂，若熔融焊料黏度高就会影响焊料流动范围，未必会到达实际平衡状况。影响黏度的因素中，比较大的除了材料本身特性外，温度也是一个重要影响因子，这也是为何在讨论黏度时会考率温度的原因。

另外要增加焊料与助焊剂间的界面张力巳，就应该要降低助焊剂的表面张力。因为依据专家的理论推导有以下的相互关系：
b = L （液态焊料表面张力）-Ff （助焊剂表面张力）

从公式中可以看到如果提升FtF的值，就必需要降低助焊剂的表面张力Ff。因此采用低表面张力助焊剂，不仅可以帮助扩散同时可以增加液态焊料流动。

金属上熔化的焊料扩散分布，并不足以形成良好的金属键结。要形成良好的键结，焊料与金属必须在界面产生适当的交互作用，通常基材金属会熔解到焊料中完成键结以产生结合力。

'对于电子焊接所采用的技术，经常受到参与作用材料允许作业温度相对偏低的限制，例如：220°C。而且可受热的时间也比较短，经常不会超过几秒或几分钟，这当然是受到材料的限制与产能的考量所致。基于这些原因，基材金属的互熔性就必需要容易而快速发生，才比较有利于焊接作业。