探析电路板的最佳焊接方法

当热的液态焊锡溶解并渗透到被焊接的金属表面时，就称为金属的沾锡或金属被沾锡。焊锡与铜的混合物的分子形成一种新的部分是铜、部分是焊锡的合金，这种溶媒作用称为沾锡，它在各个部分之间构成分子间键，生成一种金属合金共化物。良好的分子间键的形成是焊接工艺的核心，它决定了焊接点的强度和质量。只有铜的表面没有污染，没有由于暴露在空气中形成的氧化膜才能沾锡，并且焊锡与工作表面需要达到适当的温度。

2—— 表面张力

大家都熟悉水的表面张力，这种力使涂有油脂的金属板上的冷水滴保持球状，这是由于在此例中，使固体表面上液体趋于扩散的附着力小于其内聚力。用温水和清洁剂清洗来减小其表面张力，水将浸润涂有油脂的金属板而向外流形成一个薄层，如果附着力大于内聚力就会发生这种情况。

锡-铅焊锡的内聚力甚至比水更大，使焊锡呈球体，以使其表面积最小化(同样体积情况下，球体与其他几何外形相比具有最小的表面积，用以满足最低能量状态的需求)。助焊剂的作用类似于清洁剂对涂有油脂的金属板的作用，另外，表面张力还高度依赖于表面的清洁程度与温度，只有附着能量远大于表面能量(内聚力)时，才能发生理想的沾锡。


铜和锡的金属间键形成了晶粒，晶粒的形状和大小取决于焊接时温度的持续时间和强度。焊接时较少的热量可形成精细的晶状结构，形成具有最佳强度的优良焊接点。反应时间过长，不管是由于焊接时间过长还是由于温度过高或是两者兼有，都会导致粗糙的晶状结构，该结构是砂砾质的且发脆，切变强度较小。

采用铜作为金属基材，锡-铅作为焊锡合金，铅与铜不会形成任何金属合金共化物，然而锡可以渗透到铜中，锡和铜的分子间键在焊锡和金属的连接面形成金属合金共化物Cu3Sn 和Cu6Sn5，如图所示。


金属合金层(n相+ε相)必须非常薄，激光焊接中，金属合金层厚度的数量级为0.1mm ，波峰焊与手工烙铁焊中，优良焊接点的金属间键的厚度多数超过0.5μm 。由于焊接点的切变强度随着金属合金层厚度的增加而减小，故常常试着将金属合金层的厚度保持在1μm 以下，这可以通过使焊接的时间尽可能的短来实现。

金属合金共化物层的厚度依赖于形成焊接点的温度和时间，理想的情况下，焊接应在220 't约2s 内完成，在该条件下，铜和锡的化学扩散反应将产生适量的金属合金结合材料Cu3Sn 和Cu6Sn5厚度约为0.5μm 。不充分的金属间键常见于冷焊接点或焊接时没有升高到适当温度的焊接点，它可能导致焊接面的切断。相反，太厚的金属合金层，常见于过度加热或焊接太长时间的焊接点，它将导致焊接点抗张强度非常弱，如图所示。



比焊锡的共晶点温度高出大约35℃时，当一滴焊锡放置于热的涂有助焊剂的表面上时，就形成了一个弯月面，在某种程度上，金属表面沾锡的能力可通过弯月面的形状来评估。如果焊锡弯月面有一个明显的底切边，形如涂有油脂的金属板上的水珠，或者甚至趋于球形，则金属为不可焊接的。只有弯月面拉伸成一个小于30。的小角度才具有良好的焊接性。