电路板焊接技术

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金属间的扩散不是在任何情况下都会发生的， 而是有条件的。
1. 距离：两块金属必须接近到足够小的距离 （10-10m的数量级），只有在小距离范围内，两块 金属原子间引力的作用才会发生，一般情形下， 由于金属表面不平、金属表面有氧化层或杂质， 都会使两块金属达不到这么小的距离。
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2. 温度：只有在一定温度下，金属分子才具有 一定的动能，才可以挣脱自身其它金属分子对它的 束博力，而进入另一种金属层，扩散才得以进行。 常温下，扩散进行的很慢，温度越高，扩散进行的 越快。
锡焊的本质就是焊料与焊件在其表面的扩散。 焊件表面平整、清洁、对焊件加热是扩散进行的基 本条件。
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三、结合层
焊料在润湿焊件的过程中，焊料和焊件界面 上会产生扩散现象，这种扩散的结果，使得焊料 和焊件的界面上形成一种新的金属层，我们称为 结合层。结合层的成分既不同于焊料，又不同于 焊件，而是一种既有化学作用（生成化合物。例 如：Cu6Sn5、 CU2Sn 等），又有冶金作用（形成合 金固溶体）的特殊层。正是由于结合层的作用， 将焊料与焊件结合成一个整体，实现了金属的连 接即焊接。如图所示。
那么扩散式一种什么样的过程呢？
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二、扩散
实验表明：将一个铅块和金块表面加工平 整后，紧紧压在一起，经过一段时间后，二者 会“粘”在一起，如果用力把它们分开，就会 发现银灰色铅的表面有金光闪烁，而金块的表 面上也有银灰色的铅踪迹，这说明两块金属接 近到一定距离时能相互“入侵”，这在金属学 上称为扩散现象。
4．要加热到适当的温度
在焊接过程中，既要将焊锡熔化，又要将焊件 加热至熔化焊锡的温度。只有在足够高的温度下， 焊料才能充分浸润，并扩散形成合金结合层。
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12.2 锡焊机理
了解焊锡机理，有助于我们正确操作，尽快 掌握焊接方法。
一、焊料对焊件的浸润
熔融焊料在金属表面形成均匀、平滑、连续 并附着牢固的焊料层的过程叫浸润或润湿。
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一、焊接的分类
钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作焊料， 将焊件和焊料加热到高于焊料熔点，但低于母材熔 点的温度，利用液态焊料润湿母材，填充接头间隙， 并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。
钎焊按照使用焊料的不同，可分为硬钎焊和软 钎焊两种。焊料熔点大于450℃为硬钎焊，低于 450℃为软钎焊。按照焊接方法的不同又可分为锡焊 （如手工烙铁焊、波峰焊、再流焊、浸焊等）、火 焰钎焊（如铜焊、银焊等）、电阻钎焊、真空钎焊、 高频感应钎焊等。
焊接技术
12.1 锡焊
一、焊接的分类
焊接一般分为熔焊、压焊、钎焊三大类。
熔焊是指在焊接过程中，焊件接头加热至熔 化状态，不加压力完成焊接的方法，如电弧焊、 气焊、激光焊、等离子焊等。
压焊是指在焊接过程中，必须对焊件加压力 （加热或不加热）完成焊接的方法，如超声波焊、 高频焊、电阻焊、脉冲焊、摩擦焊等。
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形成结合层是锡焊的关键。如果没有形成结合
层，仅仅是焊料堆积在母材上，则称为虚焊。
铅锡焊料和铜在锡焊过程中生成结合层，厚度 可达1.2-10μm，由于润湿扩散过程是一种复杂的 金属组织变化和物理冶金过程，结合层的厚度过 薄或过厚都不能达到最好的性能。
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三、锡焊的条件
1．焊件应具有良好的可焊性
金属表面被熔融焊料浸润的特性叫作可焊性。
有些金属材料具有良好的可焊性，但有些金 属如钼、铬、钨等，可焊性非常差。即使是可焊 性比较好的金属，如紫铜、黄铜等，由于其表面 容易产生氧化膜，为了提高可焊性，一般需要采 用表面镀锡、镀银等措施。
2．焊件表面必须清洁
从原子物理的观点出发，可以认为扩散是由 于原子间的引力而形成的扩散。这种发生在金 属界面上的扩散的结果，使两块金属结合成一 体，从而实现了两块金属间的“焊接”。
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两种金属间的相互扩散是一个复杂的物 理—化学过程。如用锡铅焊料焊接铜件时， 焊接过程中既有表面扩散，也有晶界扩散和 晶内扩散。锡铅焊料中的铅原子只参与表面 扩散，不向内部扩散，而锡原子和铜原子则 相互扩散，这是不同金属性质决定的选择扩 散。正是由于扩散作用，形成了焊料和焊件 之间的牢固结合。
焊件由于长期储存和污染等原因，其表面有 可能产生氧化物、油污等。故在焊接前必须清洁 表面，以保证焊接质量。
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3．要使用合适的焊剂
焊剂的作用是清除焊件表面氧化膜，并减小焊 料融化后的表面张力，以利于浸润。不同的焊件， 不同的焊接工艺，应选择不同的焊剂。如镍铬合金、 不锈钢、铝等材料，不使用专用的特殊焊剂是很难 实施锡焊的
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当θ>90时，焊料不浸润焊件。 当θ=90时，焊料润湿性能不好。 当θ<90时，焊料的浸润性较好，且θ角越小， 浸润性能越良好。
θ>90
θ=90
图12.1浸润角示例
源自文库
θ<90
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浸润作用同毛细作用紧密相连，光洁的 金属表面，放大后有许多微小的凹凸间隙， 熔化成液态的焊料，借助于毛细引力沿着间 隙向焊接表面扩散，形成对焊件的浸润。由 此可见，只有焊料良好地浸润焊件，才能实 现焊料在焊件表面的扩散。
润湿是发生在固体表面和液体之间的一种物 理现象。如果某种液体能在某固体表面漫流开， 我们就说这种液体能与该固体表面润湿。如：水 能在干净的玻璃表面漫流，而水银就不能，我们 就说水能润湿玻璃，而水银不能润湿玻璃。
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从力学的角度来讲，不同的液体和固体，它 们之间相互作用的附着力和液体的内聚力是不同 的。当附着力大于内聚力时，就形成漫流，即润 湿；当内聚力大于附着力时，液体会成珠状在固 体表面滚动，即不润湿。那么从液体与固体接触 的形状，就可以区分二者是否润湿。我们可从液 体与固体接触的边沿，沿液体表面作切线，这条 切线通过液体内部与固体表面之间形成一个夹角 （叫接触角）。如果这个夹角是锐角，我们就说 润湿；如果是钝角，我们就说不润湿。如图12.1 所示：
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二、锡焊及其特点
锡焊属于软钎焊，它的焊料是锡铅合金，熔点 比较低，共晶焊锡的熔点只有183℃，是电子行业 中应用最普遍的焊接技术。
锡焊具有如下特点：
（1）焊料的熔点低于焊件的熔点。
（2）焊接时将焊件和焊料加热到最佳锡焊温 度，焊料熔化而焊件不熔化。
（3）焊接的形成依靠熔化状态焊料浸润焊接 面，由毛细作用使焊料进入间隙，形成一个结合层， 从而实现焊件的结合。