电子焊料的工艺性能及影响因素分析
2016-11-17
焊料的工艺性能是指它在使用过程中表现出来的性能。据调查，在电子钎焊过程中碰到的技术问题主要是液态焊料的行为问题。液态焊料在固态母材表面的润湿、流动、填充、铺展是钎焊的前提，没有这个前提条件，即使焊料的物理、力学性能和微观组织结构再好也是徒劳的。从熔化到凝固结晶的过程中，焊料的各个性质是相互联系和影响的。
例如，焊料的熔化温度决定钎焊的温度范围，焊料固、液相线温度之差决定它熔化或凝固的快慢；液态焊料表面的氧化会阻碍界面原子的结合以达到所需的原子间距，因而就影响到它的润湿、流动、填充、铺展能力；液态焊料对母材的毛细润湿作用将决定焊料与母材的结合能力，同时影响填缝能力；液态焊料在母材表面的铺展或漫流一方面影响其填缝能力，另一方面又影响密集焊点之间焊料的分离能力；当界面原子相互存在一定的溶解、扩散时对润湿和扩展是有利的，但过大的互溶度或扩散性则会在界面产生过多的金属间化合物，反而对润湿和铺展不利；在一定的钎焊温度下，焊料的熔点越低，固、液相线温度之差越小，则润湿性、流动性也越好。
因此，焊料的工艺性能包含了多方面的内容，对这些性能必须进行辩证的综合分析，不能只强调某一个性能而忽视对其它性能的影响。从使用的角度，依据焊料在钎焊过程中的行为，对电子焊料的工艺性能及影响因素进行分析归纳如下：
（1）熔化／固化温度
即焊料合金的固相线、液相线温度以及二者之间的温差。钎焊热循环过程中，在加热阶段，固相线是焊料开始熔化的温度，也是液态焊料对固态母材开始产生界面作用的温度，而液相线是熔化终了温度；在冷却阶段，液相线是焊料凝固的开始温度，而固相线是凝固终了温度，也是液态焊料停止界面反应的温度。在固、液相线之间焊料呈糊状，固、液相线的温差越小，其熔化或凝固的速度越快，越有利于钎焊操作[71。焊料的熔化侗化温度是由合金组成决定的。电子焊料一般使用锡基合金，当在锡中加入低熔点金属组分时，其熔化温度会下降，而加入高熔点金属其熔化温度一般会上升。合金的组成越接近共晶点，其熔化温度越低，同时固、液相线的温差也越小；当焊料组成达到共晶点时，熔化温度最低，固、液相线温差为零。
（2）液态焊料的抗氧化性能
即在一定温度下，液态焊料抵抗氧化反应的能力。熔融焊料的氧化，不仅会造成金属的严重浪费，而且氧化膜会阻碍焊料与母材表面原子间的结合，还会导致氧化膜进入焊缝产生各种焊接缺陷。根据液态金属氧化理论，液态焊料表面会强烈地吸附氧，在高温下被吸附的氧分子将分解成氧原子，氧原子失去电子变成离子，然后再与金属离子结合生成金属氧化物，氧化膜的组成、结构不同，其膜的生长速度、生长方式和氧化物在液态焊料中的分配系数将会有很大。差异，而这又与焊料的组成密切相关。此外，氧化还与温度、气相中氧的分压、焊料表面对氧的吸附和分解速度、表面原子与氧的化合能力、表面氧化膜的致密度以及生成物的溶解和扩散能力等有关。
（3）液态焊料的润湿性能
即在一定温度下，液态焊料对母材产生润湿的快慢和润湿力的大小。润湿性能差，将导致钎焊困难，容易产生虚焊、假焊、脱焊，直接影响钎焊接头的机械性能和电气性能，导致信号传输不畅，信息失真，灵敏度差，可靠性降低。
（4）液态焊料的漫流性
即一定温度下液态焊料在母材表面流动和扩展的能力。液态焊料的漫流性与润湿性有密切关系，但又有区别。漫流性是液态焊料润湿性和流动性的综合表现。钎焊过程中，如液态焊料的漫流性差将使焊料在被焊区扩展不足或在焊缝内产生空洞，使结合面积降低，还容易使焊点或焊缝产生桥接或拉尖而导致短路。显然，影响润湿和氧化的因素对漫流性均有影响。
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