焊接原理与焊点可靠性共66页
锡焊可靠性分析
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松香酸和Cu2O反应生成松香酸铜。松香酸在常温下
和300℃以上不能和Cu2O起反应。 （2）溶融盐去除氧化膜——一般采用氯离子Cl-或氟离 子F- ，使氧化膜生成氯化物或氟化物。 （3）母材被溶蚀——活性强的助焊剂容易溶蚀母材。
（4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。
性质
良性，强 度高 恶性，强 度差，脆 性
白色 焊料润湿 Sn与Cu 到Cu时 之间的界 立即生成 面
温度高、 焊接时间 长引起
Cu与 灰色 Cu6Sn5之 间
Cu Cu3Sn Cu6Sn5 富Pb层 Sn/Pb
金属间合金层厚度与抗拉强度的关系
金属间合金层厚度（μm）
拉伸力 （千lbl/in2）
*厚度为0.5μm时抗拉强度最佳； *0.5~4μm时的抗拉强度可接受； *＜0.5μm时，由于金属间 合金层太薄，几乎没有强度；
熔融焊料在金属表面也有表面张力现象。
大气 大气
液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力 液体内部分子受力合力=0
表面张力与润湿力
分子运动 熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与
母材表面清洁程度有关，还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。
表面张力是物质的本性，不能消除，但可以改变。
锡焊可靠性分析
内容
一. 概述 二. 锡焊原理 三. 焊点可靠性分析 四. 关于无铅焊接机理 五. 锡基焊料特性
一. 概述
熔焊 焊接种类 压焊 钎焊
熔焊
压焊
钎焊
超声压焊 金丝球焊 激光焊
电子装配的核心——连接技术：焊接技术
焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性1. 焊点质量的重要性焊接是一种常见的金属连接方法，它在各种工业领域都有广泛的应用。
焊点的质量直接关系到焊接件的强度、可靠性和寿命。
因此，焊点质量的高低对于产品的质量以及人身安全都具有重要的影响。
2. 影响焊点质量的因素焊点的质量受多种因素的影响，以下是几个常见的因素：2.1. 焊接材料的选择焊接材料的选择对焊点质量具有重要影响。
合适的焊接材料可以提高焊点的强度和韧性，从而提高焊接件的可靠性。
一般来说，焊接件的材料应与被焊接材料具有良好的相容性，以确保焊接的质量。
2.2. 焊接工艺参数的控制焊接工艺参数，如焊接电流、焊接时间和焊接速度等，对焊点的质量起着重要的影响。
过高或过低的焊接电流可能导致焊点的气孔和裂纹，影响焊接件的可靠性。
因此，必须严格控制焊接工艺参数，以获得高质量的焊点。
2.3. 表面处理焊接前的表面处理对焊点质量也具有重要影响。
表面的油污、氧化物以及其他污染物可能导致焊接时的缺陷或不良结构，降低焊点的质量。
因此，在焊接前必须对工件进行适当的清洗和处理，确保焊点质量可靠。
3. 焊点质量的检测方法为了保证焊点的质量和可靠性，需要对焊点进行有效的质量检测。
以下是一些常见的焊点质量检测方法：3.1. 目测检测目测检测是最简单的焊点质量检测方法之一。
通过肉眼观察焊点表面的情况，判断焊点是否存在裂纹、疏松和气孔等缺陷。
这种方法成本低廉，操作简单，但对于微小缺陷的检测效果较差。
3.2. X射线检测X射线检测是一种非破坏性的焊点检测方法。
通过照射焊点并观察照片来检测焊点内部的缺陷。
X射线检测能够发现微小的裂纹和气孔，可以较为准确地评估焊点的质量。
然而，X射线设备的成本较高，需要专业人员进行操作。
3.3. 超声波检测超声波检测是一种常用的焊点质量检测方法。
通过发送超声波脉冲并接收回波，来评估焊点内部的缺陷情况。
超声波检测可以检测到焊点的裂纹、夹渣和未熔合等缺陷，具有较高的灵敏度和准确性。
焊接原理与焊点强度
焊接原理与焊点强度焊接原理與銲點強度Soldering Basics and Joint Strength焊錫性與銲點強度的不同The Difference of Solderability and Solder Joint Strengthz焊接是一種化學反應銲墊為銅基地者焊接後立即生成良性的Cu6Sn5，且還會隨焊接熱量與後續老化而長厚，不幸的是老化中更會長出惡性致命的Cu3Sn。
此類表面處理為：OSP、 HASL 、 I-Sn、I-Ag等。
總體而言銅基地的銲點要比鎳基地者脆性低，可靠度也較好。
? 鎳基地之化鎳浸金與電鍍鎳金之金層較厚者，其焊點不但IMC較薄且更容易形成金脆，只有在快速長出的AuSn4游走後鎳基地才會形成Ni3Sn4 其強度原本就不如 Cu6Sn5 。
2焊接過程與IMC (Intermetallic Compound，介面金屬共化物，介金屬)有鉛與無鉛各種配方合金銲料(Solder)中，只有純錫(Sn)才會與PCB承焊的銅基地(OSP，I-Ag，I-Sn，HASL等)或鎳基地(化學鎳與電鍍鎳)，在強熱中發生擴散反應迅速生成介面性IMC而焊牢。
?銲料中純錫以外的其他少量金屬，其等主要功能就是為了降低熔點(Melting Point, mp)以節省能源與減少PCB的熱傷害。
次要目的是改善銲點(Solder Joint)的韌度(Toughness)與強度(Strength)，以加強互連之可靠度。
?純錫的熔點高達321℃根本無法用於PCBA的焊接，必須配製成以錫為主的合金銲料才能使用。
例如加入少許銅做為兩相合金時 (0.7% by wt)，不但mp降至227℃而且還呈現內外瞬間整體熔融之共熔狀態(Eutectic此字被譯為“共晶”係抄自日文並不正確)。
無鉛回焊者以SAC305為主，波焊以SCNi為主。
介面性IMC是銲點強度的基礎，係強熱中銲料內的液錫與基地的銅或鎳相互擴散而組成的，一般而言完工銲點IMC的Cu6Sn5比Ni3Sn4強度要好些，老化後的銲點強度則不一定。
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41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
焊接原理与焊可靠性
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
焊接原理与焊点可靠性
Sn-Ag-Cu无铅焊料中Ag与Sn在221℃形成 共晶板状的Ag3Sn合金
板状的Ag 3Sn较硬，当Ag含量超过3.5wt%以后（出现 过共晶成分）拉伸强度降低，容易造成疲劳寿命降低， 因此推荐使用低Ag的 Sn3Ag0.5Cu。 结论：“在共晶点附近，成分不能向金属间化合物方向偏移”
三. 焊点可靠性分析
随着温度升高和时间延长， Cu 原子渗透（溶解）到Cu6Sn5
中，局部结构转变为Cu3Sn（ε相）， Cu 含量由40%增加到66%。 当温度继续升高和时间进一步延长， Sn/Pb焊料中的Sn不断向Cu 表面扩散，在焊料一侧只留下Pb，形成富Pb层。 Cu6Sn5和富Pb层 之间的界面结合力非常脆弱，当受到温度、振动等冲击，就会在焊
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
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。
锡焊过程——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
物理学——润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解 化学——助焊剂分解、氧化、还原、电极电位
配比（W%） Sn Pb 表面张力(N/cm) 粘度（mPa•s)
20
30 50 63
80
70 50 37
4.67×10-3
4.7×10-3 4.76×10-3 4.9×10-3
2.72
2.45 2.19 1.97
80
20
5.14×10-3
1.92
焊接中降低表面张力和黏度的措施
①提高温度——升温可以降低黏度和表面张力的作用。 分子运动 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。 ②适当的金属合金比例——Sn的表面张力很大，增加Pb可以降 低表面张力。63Sn/37Pb表面张力明显减小。
焊点测试的原理和应用
焊点测试的原理和应用焊点测试的原理焊点测试是通过对焊点进行检测，以确定焊点的质量和可靠性。
焊点测试主要目的是检测焊点的连接强度、电气性能和耐久性。
焊点测试可以帮助制造商评估焊点的可靠性，并及时发现焊点故障，从而提高产品质量和可靠性。
以下是常用的焊点测试原理：1.视觉检测：通过人眼观察焊点的外观，检查是否有未焊接、焊接质量差或焊点损坏等问题。
2.电阻检测：通过测量焊点的电阻来评估焊点的连接质量。
正常情况下，焊点的电阻应该很低，如果电阻过高，则可能是焊点存在问题。
3.拉力测试：通过施加拉力作用于焊点，并测量焊点的抗拉强度，来评估焊点的可靠性。
4.耐久性测试：通过连续施加电流、温度、振动或其他外部刺激，来模拟实际使用条件下焊点的工作状态，评估焊点的耐久性和可靠性。
焊点测试的应用焊点测试广泛应用于电子制造业中，特别是在电子产品的生产过程中。
以下是焊点测试的一些常见应用场景：1.PCB制造：焊点测试可以检测PCB上的焊点连接质量，确保焊点与PCB之间的连接良好。
在大规模生产中，焊点测试可以提高生产效率，并降低因焊点质量不良引起的产品故障率。
2.电子组件制造：焊点测试可以用于检测电子组件之间的焊接连接，以确保组件之间的电气连接可靠。
焊点测试可以帮助制造商及时发现焊点问题，并及时采取措施修复或更换焊点，以提高产品质量和可靠性。
3.汽车制造：焊点测试在汽车制造中扮演重要角色。
焊点测试可以帮助汽车制造商检测车身焊接点的质量，确保车身结构的稳定性和安全性。
焊点测试可以帮助汽车制造商发现焊点质量不良的问题，并及时采取措施，防止车辆在使用中出现安全隐患。
4.航空航天制造：在航空航天制造领域，焊点测试尤为重要。
焊点测试可以用于检测飞机和航天器上的焊点连接质量，确保航空航天器的结构稳定性和安全性。
焊点测试可以帮助制造商检测焊点的可靠性，并及时发现焊点故障，以确保航空器和航天器的安全飞行。
总结起来，焊点测试是提高产品质量和可靠性的关键步骤之一。
(完整word版)焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性机电工程学院微电子制造工程1000150312 黄荣雷摘要：本文介绍了Sn-Pb合金焊接点发失效的各种表现形式，探讨失效的各种原因。
在实践基础上，指出如何在工艺上进行改进已改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
1前言电子产品的"轻、薄、短、小"化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，在电子行业中，虽然无铅焊料的研究取得很大进步，在世界范围内已开始推广应用，而且环保问题也受到人们的广泛关注，但是由于诸多的原因，采用Sn-Pb焊料合金的软钎焊技术现在仍然是电子电路的主要连接技术。
文中将就Sn-Pn焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行较全面地介绍。
2焊点的外观评价良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
其外观表现为：（1）良好的湿润；（2）适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位（或焊端），元件高度适中；（3）完整而平滑光亮的表面。
原则上，这些准则适合于SMT中的一切焊接方法焊出的各类焊点。
此外焊接点的边缘应当较薄，若焊接表面足够大，焊料与焊盘表面的湿润角以300以下为好，最大不超过600。
3寿命周期内焊点的失效形式考虑到失效与时间的关系，失效形式分为三个不同的时期，如图1所示。
（1）早期失效阶段，主要是质量不好的焊点大量发生失效，也有部分焊点是由于不当的工艺操作与装卸造成的损坏。
可以通过工艺过程进行优化来减少早期失效率。
（2）稳定失效率阶段，该阶段大部分焊点的质量良好，失效的发生率（失效率）很低，且比较稳定。
（3）寿命终结阶段，失效主要由累积的破环性因素造成，包括化学的、冶金的、热-机械特性等因素，比如焊料与被焊金属之间发生金属化合反应，或热-机械应力造成焊点失效。
锡焊原理与焊点可靠性分析-经典课件
冷却后形成焊点
材料力学——强度（拉力、剥离疲劳）、应力集中
锡焊原理与焊点可靠性分析-经典
焊接过程中焊接金属表面（母材，以Cu为例）、 助焊剂、熔融焊料之间相互作用
1. 助焊剂与母材的反应
（1）松香去除氧化膜——松香的主要成分是松香酸， 融点为74℃。170℃呈活性反应， 300℃以上无活性。 松香酸和Cu2O反应生成松香酸铜。松香酸在常温下 和300℃以上不能和Cu2O起反应。
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=0。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，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。
大大气
液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力
锡焊原理与液焊点体可靠内性部分析分-经子典 受力合力=0
（2）溶融盐去除氧化膜——一般采用氯离子Cl-或氟离 子F- ，使氧化膜生成氯化物或氟化物。
（3）母材被溶蚀——活性强的助焊剂容易溶蚀母材。
（4）助焊剂中的金属盐与母材进行置换反应。 锡焊原理与焊点可靠性分析-经典
2. 助焊剂与焊料的反应 （1）助焊剂中活性剂在加热时能释放出的HCl，与SnO
起还原反应。 （2）活性剂的活化反应产生激活能，减小界面张力，
Wa = CSL +ALV COSθ+ ALV- CSL Wa = ALV（1 + COSθ ）——润湿力关系式
S：固体 L：液体 V：气体 θ ：润湿角
从润湿力关式可以看出：润湿角锡焊θ越原理小与，焊点润可湿靠性力分越析-大经典
润湿条件
（a）液态焊料分与子母运材动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。因此润湿是
(完整word版)焊点的质量与可靠性
焊点的质量与可靠性机电工程学院微电子制造工程1000150312 黄荣雷摘要：本文介绍了Sn-Pb合金焊接点发失效的各种表现形式，探讨失效的各种原因。
在实践基础上，指出如何在工艺上进行改进已改善焊点的可靠性，提高产品的质量。
1 前言电子产品的"轻、薄、短、小"化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求。
在这样的要求下，如何保证焊点质量是一个重要的问题。
焊点作为焊接的直接结果，它的质量与可靠性决定了电子产品的质量。
也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。
目前，在电子行业中，虽然无铅焊料的研究取得很大进步，在世界范围内已开始推广应用，而且环保问题也受到人们的广泛关注，但是由于诸多的原因，采用Sn-Pb焊料合金的软钎焊技术现在仍然是电子电路的主要连接技术。
文中将就Sn-Pn焊料合金的焊点质量和可靠性问题进行较全面地介绍。
2 焊点的外观评价良好的焊点应该是在设备的使用寿命周期内，其机械和电气性能都不发生失效。
其外观表现为：（1）良好的湿润；（2）适当的焊料量和焊料完全覆盖焊盘和引线的焊接部位（或焊端），元件高度适中；（3）完整而平滑光亮的表面。
原则上，这些准则适合于SMT中的一切焊接方法焊出的各类焊点。
此外焊接点的边缘应当较薄，若焊接表面足够大，焊料与焊盘表面的湿润角以300以下为好，最大不超过600。
3 寿命周期内焊点的失效形式考虑到失效与时间的关系，失效形式分为三个不同的时期，如图1所示。
（1）早期失效阶段，主要是质量不好的焊点大量发生失效，也有部分焊点是由于不当的工艺操作与装卸造成的损坏。
可以通过工艺过程进行优化来减少早期失效率。
(2)稳定失效率阶段，该阶段大部分焊点的质量良好，失效的发生率(失效率)很低，且比较稳定。
(3)寿命终结阶段，失效主要由累积的破环性因素造成，包括化学的、冶金的、热-机械特性等因素，比如焊料与被焊金属之间发生金属化合反应，或热-机械应力造成焊点失效。
焊点可靠性分析
• ①A-B-C线——液相线 • ②A-D、C-E线——固相线 • ③D-F、E-G线——溶解度曲线 • ④D-B-E线——共晶点 • ⑤L区——液体状态 • ⑥L+、L+区——二相混合状态 • ⑦ +区——凝固状态
有铅、无铅都应选择共晶或近共晶焊料合金
Sn-Ag-Cu三元系焊料金相图
（3）与焊料量有关
拉伸力 （千lbl/in2）
*＞4μm时，由于金属间合金层 金属间合金层厚度与抗拉强度的关系 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，
也会使强度小。
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 （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0.5%，最好控制在80ppm以下）
四. 焊接质量
合格的焊点
焊接缺陷（IPC标准）
IPC标准（分三级）
IPC焊点检验标准举例
SOP、QFP焊点检验标准 •
•
可接受二级
可接受三级
•
F=T/2+G
F=T+G
•
（F—焊点高度 T—引脚厚度 G—引脚底面焊料厚度）
• 产品质量是企业的生命线。SMT是 一项复杂的综合的系统工程技术。必须 从PCB设计、元器件、材料、以及工艺、 设备、规章制度等多方面进行控制，才 能保证SMT加工质量。
(b) 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，才能发
生化学扩散反应） (d) 焊接温度和焊接时间
焊接热量是温度和时间的函数
• 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。
焊点可靠度分析
負責電路板SMT技術之設計、製造、品管、可靠度人員
課程介紹
o電路板可靠度問題及趨勢
o材料、設計、製程對產品品質及可靠統計、可靠度目標
oMiner’s rule
o加速因子、壽命預估方法：模式、PC軟體工具、FEA
o零件技術：LCCC、TSOP、QFP、BGA、CSP、Flip-chip
o解決問題，評估產品可靠度及參數分析
焊點可靠度分析
課程大綱
表面附著技術大量使用於電子產品，使用中焊點承受週期熱應力而產生疲勞失效，所以焊點可靠度評估是SMT中重要的程序，尤其是輕薄短小的趨勢，新的封裝技術不斷地減小體積，增加電力消耗高I/O數目即在嚴厲環境中使用，使焊點承受的應力增加。
本研討會的目的在於提供焊點可靠度實務，設計準則及失效資料，建立SM電路板的可靠度，尤其是細間隙SMT，如BGA、CSP及覆晶等附著技術，了解焊點機構、失效原理、疲勞分析、加速測試及模式，可以掌握材料，製程及設計參數對產品可靠度的影響，如LCCC到TSOP、BGA、Flip-chip及CSP，學習業界先進及專家所得到的經驗，各類零件的附著方式及其失效模分析及加速測試資料，將引用於研討會說明。
电子元件焊接原理
（3）形成结合层（金属间扩散的结果） 形成结合层（ 结合层
焊料为例， 以63Sn/37Pb焊料为例， 焊料为例
金属间化合物
Cu3Sn和Cu6Sn5 和
共晶点为183℃ ℃ 共晶点为 焊接后（210-230℃） 焊接后（ ℃ 生成金属间化合物： 生成金属间化合物：
金属间化合物 Cu3Sn和Cu6Sn5 和
大气 大气
液体表面分子受液体内分子的引力＞ 液体表面分子受液体内分子的引力＞大气分子引力
液体内部分子受力合力=0 液体内部分子受力合力=0
表面张力与润湿力 表面张力与润湿力
分子运动 熔融焊料在金属表面润湿的程度除了与液态焊料与母 材表面清洁程度有关，还与液态焊料的表面张力有关。 材表面清洁程度有关，还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。
焊接技术
内容
一. 概述 二. 锡焊机理 三.焊点可靠性分析 四. 焊接质量 五. 焊接质量控制方法 焊接质量控制方法 六.锡铅焊料特性及无铅焊料介绍
一. 概述
熔焊 焊接种类 压焊 钎焊
熔焊
压焊
钎焊
电子装配的核心——连接技术：焊接技术 连接技术： 电子装配的核心 连接技术 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。 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）
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 ℃ 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。