高溫錫膏的焊接溫度和時間對焊點有什么影響
來源:優(yōu)特爾錫膏 瀏覽: 發(fā)布時間:2025-07-25
高溫錫膏的焊接溫度(尤其是峰值溫度)和時間(包括預(yù)熱、恒溫、回流階段的持續(xù)時間)是影響焊點質(zhì)量、微觀結(jié)構(gòu)及可靠性的核心因素,影響可從焊點成形、力學性能、微觀組織、可靠性等維度分析:
焊接溫度對焊點的影響;
焊接溫度(尤其是回流階段的峰值溫度)直接決定焊錫的熔化狀態(tài)、合金元素擴散及界面反應(yīng),主要影響包括:
1. 峰值溫度過低(未達合理范圍)
焊錫熔化不完全:若峰值溫度低于錫膏熔點30℃以下(如SAC305熔點217℃,峰值<240℃),焊錫無法完全熔化,或僅部分熔化,導致潤濕不良——焊點表面粗糙、不飽滿,甚至出現(xiàn)“虛焊”(焊錫未與焊盤/引腳充分結(jié)合)。
空洞與氣泡:低溫下助焊劑活性不足,無法徹底去除焊盤/引腳表面的氧化層,焊錫與基材間存在氧化膜阻隔,易形成針孔或空洞;同時,助焊劑揮發(fā)物(溶劑、水分)可能因溫度不足未完全排出,被困在焊點中形成氣泡,降低焊點密度和導電性。
力學性能下降:未完全熔化的焊錫導致焊點內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松,結(jié)合力弱,拉伸強度和抗疲勞性能顯著降低,易在振動或熱循環(huán)中斷裂。
2. 峰值溫度過高(超過合理上限)
金屬間化合物(IMC)層過厚:焊點界面(焊錫與銅焊盤/引腳間)會形成IMC(如Cu?Sn?、Ag?Sn),這是保證焊點結(jié)合力的關(guān)鍵。
但高溫會加速Cu、Ag等元素的擴散,導致IMC層過度生長(正常厚度應(yīng)≤5μm)。
過厚的IMC層脆性大、韌性差,會使焊點抗剪切和抗彎曲能力下降,在應(yīng)力作用下易脆斷。
焊錫成分偏析:高溫下焊錫中低熔點元素(如Sn)易優(yōu)先揮發(fā)或向界面聚集,導致焊點內(nèi)部成分不均勻(偏析),形成局部薄弱區(qū),降低整體強度。
助焊劑失效與氧化:過高溫度會使助焊劑(松香或有機成分)過度碳化或揮發(fā),失去去除氧化層和防止二次氧化的作用,導致焊盤/引腳表面重新氧化,焊點出現(xiàn)“假焊”(外觀完好但結(jié)合力差);同時,碳化的助焊劑殘留可能腐蝕焊點,影響長期可靠性。
元件與基材損傷:高溫可能導致PCB基材(如FR-4)變色、分層,元件封裝(如塑料、陶瓷)變形、開裂,甚至內(nèi)部芯片或引線鍵合失效,間接影響焊點可靠性。
焊接時間對焊點的影響;
焊接時間包括預(yù)熱時間、恒溫時間、回流階段持續(xù)時間,各階段時間不合理均會影響焊點質(zhì)量:
1. 預(yù)熱與恒溫時間不足
助焊劑揮發(fā)不徹底:預(yù)熱階段未充分排出助焊劑中的溶劑和水分,回流時高溫導致?lián)]發(fā)物劇烈膨脹,形成錫珠、飛濺或焊點內(nèi)部空洞,破壞焊點完整性。
溫度不均勻:恒溫時間不足會導致PCB和元件溫度差異大(“溫差”),回流時局部焊錫熔化速度不一致,易出現(xiàn)焊點大小不均、橋連(短路)等缺陷。
助焊劑活性未激活:恒溫階段是助焊劑去除氧化層的關(guān)鍵時期,時間過短會導致氧化層未完全清除,焊錫無法充分潤濕焊盤/引腳,形成“冷焊”(焊點灰暗、結(jié)合力差)。
2. 回流階段時間過長(峰值溫度段持續(xù)過久)
IMC層過度生長:與高溫的影響類似,長時間高溫會加速合金元素擴散,使IMC層厚度超過臨界值(如Cu?Sn?>5μm),焊點脆性顯著增加,抗疲勞性能下降(尤其在高低溫循環(huán)環(huán)境中易斷裂)。
焊錫氧化加?。洪L時間暴露在高溫空氣中(若回流爐氮氣保護不足),焊錫表面易氧化形成氧化膜,導致焊點表面粗糙、光澤度下降,且氧化層會阻礙焊錫流動,進一步加劇潤濕不良。
助焊劑完全碳化:過長時間高溫會使助焊劑殘留完全碳化,失去保護作用,甚至碳化產(chǎn)物可能與焊錫反應(yīng),形成脆性雜質(zhì),降低焊點純度和強度。
3. 冷卻時間與速率不當
冷卻過慢:冷卻階段時間過長(速率<3℃/秒),焊錫晶粒會粗大化(從細小均勻的等軸晶變?yōu)榇执笾鶢罹В?,導致焊點韌性下降,抗沖擊能力減弱。
冷卻過快:若冷卻速率>5℃/秒(尤其對厚PCB或大尺寸元件),焊點內(nèi)部可能因熱應(yīng)力集中產(chǎn)生微裂紋,或與基材間因熱膨脹系數(shù)差異導致界面剝離,影響長期可靠性。
關(guān)鍵影響邏輯;
焊接溫度和時間通過調(diào)控焊錫熔化狀態(tài)、界面反應(yīng)(IMC形成)、助焊劑活性、晶粒結(jié)構(gòu)四大核心因素,最終影響焊點的:
外觀質(zhì)量:是否飽滿、光亮,有無空洞、錫珠、橋連;
力學性能:強度(拉伸/剪切)、韌性(抗彎曲/沖擊);
微觀結(jié)構(gòu):IMC層厚度、晶粒大小、成分均勻性;
可靠性:抗熱循環(huán)疲勞、抗振動、耐老化能力。
實際生產(chǎn)中需嚴格控制焊接溫度(如SAC305峰值245~260℃)和時間(峰值段20~40秒),以平衡“充分熔化潤濕”與“避免過度反應(yīng)”,確保焊點既無虛焊、空洞等缺陷,又具
有合理的IMC層厚度和細密晶粒結(jié)構(gòu),最終保障電子組件的長期可靠性。
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