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2.2 润湿

焊接时焊点形成的基本过程取决于钎料和基体金属结合面间的润湿作用,也正是基体金属在被熔融钎料的润湿过程中形成了结合界面。因此,焊接过程中的润湿具有特别重要的意义,它揭示了焊接接头的原子结构和产生连接强度的原因。

要想充分把握焊接机理,必须理解润湿过程的热力学问题。润湿是一种表面现象,当融熔的钎料在金属表面留下连续的持久的膜层时,就可以说金属表面被润湿了。钎料能润湿金属表面是由于原子之间的吸引力,它们之间的反应也包括钎料元素与基体金属彼此间的相互扩散。

2.2.1 固体金属表面结构

固体金属表面结构如图2.5所示,其最外层表面为0.2~0.3nm的气体吸附层。随着金属性质的不同,吸附气体的种类和厚度有一定的差别,一般主要吸附的是水蒸气、氧、二氧化碳和硫化氢等气体。其次表层为3~4nm厚的氧化膜层,常由氧化物的水合物、氢氧化物和碱式碳酸盐等成分组成。其中致密氧化膜呈低结晶态,能保护基体金属免于进一步氧化,如CuO,而疏松氧化膜多孔,不能隔绝空气避免再氧化,如 Cu 2 O。在氧化膜之下是一层厚度约为1~2μm 厚的微晶组织,其下层是 1~10μm的变形层,这一层则是金属在成型加工时所形成的晶粒变形的结构。通常表面能较低的亲氧的组元在固态情况下也会扩散并富集于表面,形成复杂多元组成的表面膜,并且随着存储期的延长还会进一步增厚。

焊接过程中所涉及的基体金属表面都会有一层上述的表面结构。为使钎焊过程得以顺利进行,需要根据膜的基本性质,采用酸或碱等来去除。经过清洗的表面仍不是理想表面或清洁表面,它在焊接前还可能氧化并形成一层较薄的氧化膜。

图2.5 固体金属表面结构

2.2.2 液态钎料表面现象

液态钎料液面下的厚度约等于分子作用半径的一层液体叫作液态钎料的表面层。表面层内的分子,一方面受到液态钎料内部分子的作用,另一方面也受到液面外部气体分子的作用,如图2.6所示。由于气体分子的作用力比较小,所以在钎料液体的表面层中,每个分子都受到垂直于液面并且指向液体内部的不平衡力,如图2.7所示。

因此,要想把一个分子从液体内部移到表面层内,就必须反抗这个力作功,从而增加了这一分子的位能,也就是说,分子在表面层内比在液态内部有较大的位能,这项位能叫作表面能。当系统处于稳定平衡时,应有最小的位能,因此液态钎料表面的分子有尽量挤入液体内部,尽可能缩小其表面面积的趋势。因为液体表面面积越小,位能越小,所以在宏观上看液态钎料表面就好像是一层拉紧了的弹性膜,使其表面受到一个收缩倾向的力作用,该力就称为液态钎料的表面张力,如图2.8所示。

图2.6 液态金属的表面状态

图2.7 液态金属的表面层

图2.8 液态金属的表面张力

图2.8中的直线MN表示在液面上所设想的任意一条分界线,它把液面划分成(1)和(2)两部分,f 1 表示液面区(1)对液面区(2)的拉力,f 2 表示液面区(2)对液面区(1)的拉力。这两个力都与液面相切,并与MN垂直,大小相等、方向相反。这就是液面上相接触的两部分表面相互作用的表面张力。

表面张力f的大小是和液面上设想的分界线MN的长度L成正比的,因此可以写成

式中,比例系数α称为表面张力系数,单位为达因/厘米。在量值上,α等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力。

表面张力系数α也可定义为增加单位表面面积所需要的功,或增加单位表面面积时液面位能的增量。表面张力系数α的单位也可采用尔格/厘米,其与液面面积大小无关,只与增量有关。

2.2.3 润湿及分类

从化学热力学的角度看,润湿就是指由固-液相界面来取代固-气相界面,从而使体系的自由能降低的过程。在不同相存在的界面上,由于相界面分子与相内分子之间作用力的不同,相界面能量总是趋于最小。当钎料与基体金属接触时,钎料是否能将基体金属表面的气体排开,沿基体金属表面铺展,取决于钎料对基体金属表面的附着力与由钎料粒子间的接合力产生的内聚力的大小关系。

润湿主要包括附着润湿、浸渍润湿和铺展润湿。附着润湿如图2.9所示,是指固体与液体接触后,将液-气相界面和固-气相界面变为固-液相界面的过程。在此过程中,系统的表面自由能将发生变化。设固-气、液-气和固-液三相界面的比表面自由能分别为σ sg 、σ lg 、σ sl ,则上述自由能变化为

定义 W a 为粘附功,且 。粘附功越大,则附着润湿越强。如果焊接时钎料是预先放置在接头间隙中的,则在钎料熔化并润湿基体金属时,情况与附着润湿相近。

图2.9 附着润湿示意图

浸渍润湿如图2.10所示,是指固体浸入液体的过程,在此过程中,固-气相界面为固-液相界面所取代,而液相表面没有变化。当浸渍面积为单位值时,自由能变化为

定义W i 为浸渍功,且 。浸渍功越大,则浸渍润湿越强。如果焊接时熔融钎料自动填充接头间隙,则钎料润湿基体金属时,情况与浸渍润湿相近。

图2.10 浸渍润湿示意图

铺展润湿如图2.11所示,是液体在固体表面上铺开的过程,即以液-固相界面和新的液-气相界面来取代固-气相界面和原来的液-气相界面的过程。当铺展面积为单位值时,表面自由能变化为

假设液滴的体积很小且完全铺展,则上式简化为

式中, ,称为液体的内聚功。

图2.11 铺展润湿示意图

定义WS为铺展功,且 。铺展功越大,则润湿铺展越强。

对于同一物系,W a >W i >W s ,若W s >0,则系统肯定能发生附着、浸渍润湿;若W s ≤0,则系统有可能会发生附着、浸渍润湿,但不一定会出现铺展润湿,如特定工艺条件下的无铅钎料润湿行为。

在电子装联工艺中,焊接时往往伴随着多种润湿情况。为了准确表达钎料润湿行为,一般用 W s 表示润湿功。当钎料对基体金属的粘附功大于钎料的内聚功,也就是当σ sg lg sl ≥0时,钎料就会在基体金属上铺展润湿。因此,σ sg 、σ lg 和σ sl 的大小决定了钎料在基体金属上的润湿和铺展行为。材料的润湿性评估方法,即润湿平衡测试过程中,钎料润湿测试铜片就兼有上述三类润湿,因此可通过最大润湿力和润湿时间来对润湿性进行系统评估。

2.2.4 杨氏方程(Young′s Equation)

假设润湿过程发生在理想表面上,系统达到平衡状态,体系的温度、压力和组成均不发生变化,则体系的总自由能变化仅取决于表面自由能的变化。固体平界面上的液滴发生铺展润湿后,最终会达到平衡状态,即体系三相边界点上的表面张力达到力的平衡,如图2.12所示,则有:

由此即得杨氏方程,即润湿方程,也称毛细作用第二定律:

图2.12 三相边界点上的表面张力平衡示意图

cos θ又称为润湿系数,其和接触角θ均可用来衡量润湿程度的大小。当θ=0°时,称为完全润湿;当0°<θ<90°时,称为润湿;当90°<θ<180°时,称为不润湿;当θ=180°时,称为完全不润湿,如图2.13所示。显然,接触角θ越小,液态钎料越容易铺展,表示钎料对焊接金属的润湿性能越好。

图2.13 接触角θ与润湿性的对应关系

理论上,接触角θ最好小于20°(洁净表面的铜和Sn-Pb共晶钎料之间的接触角),但通常焊接要求钎料接触角 M≤75°(M 纯系根据经验和为满足特定的要求而人为规定的),而标准J-STD-001规定θ≤90°时,通常情况均为可以接受。

对于质量控制来说,应把 M 明确规定为润湿良好和焊点良好的判据。但是必须考虑到钎料和周围基体金属表面间所形成的接触角,它实际上是可利用的钎料量和基体金属表面积大小的函数。为了证明这一点,下面分析两种极端情况:一是在无限大的基体金属表面施加有限的钎料,这种情况将给出真实的润湿情况;二是在有限的小基体金属表面上施加大量钎料,则钎料必然形成很厚的钎料层,这实际上使钎料在其与基体金属表面的接合处加厚,在这种情况下,接触角与润湿情况无关。润湿情况和焊点的可检查性密切相关,在有限表面上施加过量钎料掩盖了实际的可检查区域,常会得出错误的检查结论,这进一步说明必须防止钎料过多的焊点。

值得注意的是,杨氏方程的前提条件是体系的温度、压力和组成均不发生变化。但在实际焊接中,温度、压力等参数不一定是常数,一般在允许范围内是可以使用的,但会造成一些偏差。同时,实际焊接过程中的基体金属和熔融的钎料间会发生剧烈的相互作用,这使得发生的毛细现象更为复杂,因此上面推导出的方程式只是近似的描述。另外,焊接时间过短可能存在系统不能达到平衡状态,因此接触角只能表示达到的润湿类型,而不能表示焊接系统的绝对润湿情况。在理想条件和延长焊接时间的情况下,大概能够给出的接触角较实际焊接过程中得到的要小得多。因此,鉴于可操作性考虑,实际焊接动态过程达到平衡时,杨氏方程可用以判断润湿状态。

2.2.5 助焊剂作用下润湿过程中的热动力平衡

由杨氏方程(2.7)可知,要促进润湿需要使σ sg 增加,或使σ lg 和σ sl 下降。而在实际焊接过程中,最常采用的方法是将第二种液体(助焊剂或称助焊剂)覆盖在钎料与基体金属表面,从而使界面的情况发生变化(见图2.14),此时有:

图2.14 使用助焊剂时的界面张力情况

在上述三相系统中,如果在使用助焊剂后可以使σ sf >σ sl 或σ lf <σ lg ,就可以促进润湿。液态钎料的表面自由能和大多数金属一样约为200 尔格/厘米,而助焊剂类非金属的表面自由能往往低于50尔格/厘米,因此助焊剂一般能润湿基体金属,排开吸附于基体金属表面的任何蒸汽相,使表面能更好地和钎料完全接触,从而促进了润湿。

加入助焊剂降低界面张力,从机理上讲主要是存在界面传质作用。图2.15 给出了用Bashfouth-Adams 静滴法测量汞滴-溶液间的界面张力的结果。在初始阶段,界面传质速度过低,由于表面电荷的影响,界面张力微有上升,随后就直线下降,也即界面张力的下降与界面传质速度的升高成反比。以此类推,助焊剂与固体金属的界面张力应有类似的关系,也即在钎料-助焊剂和基材-助焊剂的界面上同时发生传质反应,因而使润湿效果显著增加。值得注意的是,传质速度是根据基材金属成分与助焊剂中析出(传质)物质之间的电极电位差而确定的,并且传质速度应与传质物质与钎料或基体金属的合金化速度相匹配。

图2.15 界面传质速度与界面张力变化的关系

2.2.6 润湿形式

当固体与液体接触时,系统的吉布斯能降低即可达到润湿。润湿按润湿过程是否存在反应可分为两种形式:反应润湿和非反应润湿(物理润湿)。

物理润湿过程的推动力主要来自范德华力和色散力等物理作用,且物理润湿一般进行得很快,在10 -3 s内就可以达到平衡,而且在这种体系中温度对润湿性能的影响比较小,但是通常物理润湿的润湿性一般都比较差。

反应润湿过程的推动力可用反应驱动力来表示:

式中,r为铺展面积;E为体系自由能;σ为由于化合物形成的驱动力;Γ(θ)为不平衡的界面张力的驱动力。

一般认为,化合物的形成由以下两部分反应组成。

其一,钎料的合金元素Sn等经界面向基体金属扩散形成反应:

如Sn diff +Cu surf →Cu 3 Sn+Cu 6 Sn 5

其二,基体金属经界面向钎料扩散形成反应:

如Cu diff +Sn surf →Cu 3 Sn+Cu 6 Sn 5

一般来说,若钎料和基体金属之间能相互溶解或形成金属间化合物,则液态钎料就能较好地润湿基体金属。Cu和Sn在液态下可互溶,在固态下可形成金属间化合物,在300℃时系统的界面张力值分别为σ sl =1.54(N/m)、σ lg =0.55(N/m)、σ gs =1.67(N/m),由杨氏方程可求出接触角θ≈76°(<90°),因此可铺展。对于Sn基合金对铜焊盘的润湿体系而言,同时存在两种形式,即既存在物理润湿,又存在钎料合金与基体金属元素相互扩散形成金属间化合物的反应润湿,而且钎料的润湿性主要是由反应润湿的性能决定的。

2.2.7 润湿性影响因素

由杨氏方程可知,任何使σ sl 、σ lg 、σ gs 发生变化,从而使接触角θ发生变化的因素都将影响到钎料对基材的润湿性。从热力学观点来看,界面张力即比表面自由焓,它与各相的物性、成分、温度有关,因此接触角必然受这些因素的影响。从动力学观点来看,接触角必然受时间的影响。在实际焊接过程中,常常不可避免地发生基材向钎料中的溶解及钎料向基材之间的扩散,而溶解过程及扩散过程都与物性、成分、温度和时间有关。以下从热力学和动力学角度来讨论影响钎料对基体金属润湿性的因素。

1.材料组成及特性对润湿性的影响

界面张力是材料本身的特性之一,它反映的是材料内部的原子对原子吸引力的强弱。因此,对不同的材料来说,其界面张力显然是不同的。改变三相物质任一相的组成,就相应地改变了界面张力,这必然要影响到钎料对基体金属的润湿性。一般而言,一定的物质在温度、压力和成分一定的情况下,其界面张力值是一定的。不同的物质,即使在相同的温度和压力条件下,其界面张力值也不同,这是因为不同物质的分子之间的作用力是不同的。因此,不难想象,对于成分确定的基材和钎料,当其表面氧化或采用助焊剂去除氧化膜时,都将影响到界面张力值,并进而影响钎料对基体金属的润湿性。而当钎料成分变化时,其润湿角也发生变化,其基本趋势是接近共晶成分时的接触角较小。

从热力学的角度来分析浓度对界面张力的影响,多元体系自由焓比相应非表面自由焓增加了一个自由度。通常,在多元体系中,随着某一成分的加入,体系界面张力的变化可分为3 类,如图2.16所示,其中Ⅲ类随浓度增大,表面张力急剧下降。Ⅲ类溶质有特别的实用意义,在化工、冶金和选矿等工业中,被称为“表面活性剂”或“变质剂”,在钎焊行业中通常称之为“表面活性物质”。这些都是由于浓度影响界面张力而在界面上发生吸附过程的缘故。

图2.16 浓度对溶液表面张力影响的类型

2.钎焊温度对润湿性的影响

温度对润湿性的影响主要体现在对表面张力和接触角的影响上。温度对表面自由焓的影响可由表面化学热力学普遍关系式得到。当温度变化范围不大时,有:

表面张力随温度的升高而呈现下降,直到达到液气临界点,表面张力会降低为零,其中温度系数b在(0.2~0.4尔格/厘米)/℃左右。如图2.17所示为锡的表面张力随温度变化的实测值。

图2.17 Sn的表面张力与温度的关系

为了更好地描述表面张力与温度的关系,约特佛斯(Eötvös)对式(2.10)做了优化,有:

式中,V m 为液体摩尔体积;k为普适常数(对非极性液体,k=2.2×10 -7 J/K);T c 为临界温度(即表面张力趋于0时的温度)。

拉姆齐(Romsay)和希尔茨(Shields)等人对式(2.11)又进行了修正:

在接近临界温度时可取τ=6.0。

至此,温度对表面张力的影响比较准确地用公式予以了表达。

温度对接触角的影响可通过将式(2.10)代入杨氏方程整理得到:

当基体金属与钎料不溶时,K 1 、K 2 、K 3 均为常数;当基体金属与钎料互溶时,a、b 或K 1 、K 2 、K 3 不再保持为常数,可以通过测得如图2.18所示的cosθ-T的关系与标准双曲线渐近线的偏离程度来判断溶解扩散的过程。当温度超过某个值后,接触角接近某值而不再变化。

图2.18 无溶解时cosθ与T的双曲线关系

应用:可用以解释波峰焊接工艺评定中的润湿平衡测试结果,对于常用无铅钎料,当温度接近270℃时,润湿力不再有明显增加。

3.钎焊时间对润湿性的影响

从动力学的观点来看,接触角是随时间变化的,如图2.19所示。一般随着时间的增加,cosθ也不断增加。在初始阶段(50s以前),cosθ随t增长较快,称为一次过程。其后,cosθ增长较慢,并趋于常数,称为二次过程。

日本的安田、和田分别对一次润湿过程进行了研究。安田认为钎料的反应元素被基体金属吸附,并且服从兰格谬尔吸附动力学吸附量关系,他把吸附量换成了润湿面积进行考察。和田继承了安田的观点,进一步将吸附量换成固-液界面能的变化,转化成cosθ的变化并导出:

式中,K″为润湿速度常数;θ e 为任意时刻的接触角。和田通过实验验证,其计算结果与实验结果吻合良好,尤其是在前50s。

图2.19 cosθ与时间t的关系

应用: 可用以解释再流焊接工艺液相线以上的停留时间与焊点成型之间的关系。

4.压力对润湿性的影响

根据热力学,由状态函数的性质可得,当压力变化不十分大时,可以忽略压力对表面张力的影响。

5.基体金属表面状态对润湿性的影响

由于基体金属的实际表面并不是可以满足杨氏方程的理想表面,因此基体金属的表面状态必然影响钎料的润湿行为,主要体现在表面粗糙度和表面能均匀性上。

一般粗糙表面上的漫流能力超过光滑表面的漫流能力,此现象称为毛细管作用迟滞现象,这是因为粗糙表面的沟纹相当于毛细管,因而使其表面面积增加。基体金属的表面粗糙度对润湿性的影响满足威舍尔(Wenzel)方程:

将威舍尔方程与杨氏方程比较可得:

式中,θ e 为在粗糙度为γ表面上的接触角;γ为粗糙因子(≥1),定义为真实平面的表面积与理想平面的表面积之比。图2.20说明了满足杨氏方程的接触角θ及满足威舍尔方程的接触角θ e 与粗糙因子γ的关系。

图2.20 威舍尔接触角θ e 与粗糙因子γ的关系

应用: 可用以解释非润湿粗糙面不易沾锡而光洁面容易沾锡的现象,如光滑阻焊膜表面锡珠现象、干净波峰焊链爪沾锡现象等。但对于润湿性基体金属,钎焊时基体金属的显微不平处会迅速溶解进入钎料,从而降低了表面粗糙度的影响,使得各部分的铺展面积基本相同。

在润湿的过程中经常可以发现,液体的前进端接触角较大,而后退端接触角较小。这种前进端接触角θ a 与后退端接触角θ r 的差值称为接触角的滞后。对于接触角的滞后有“摩擦说”、“表面粗糙说”和“吸附说”等不同的理论解释。“表面粗糙说”认为,Wenzel方程只适用于热力学稳定平衡状态,但由于表面不均匀,所以液体在表面上展开时要克服一系列由于起伏不平而造成的势垒。当液滴振动能小于这种势垒时,液滴不能达到 Wenzel 方程所要求的平衡状态而处于一种亚稳定状态。图2.21 描述了两种不同的亚稳平衡状态的情形。一般来说,Wenzel 方程的平衡状态是很难达到的。如果将粗糙表面倾斜,则在表面上的液滴会出现如图2.22所示的情况。这时液滴两边的θ虽然相等,但前进角(θ a ′)和后退角(θ r ′)却不相等,而且前进角总是大于后退角,所谓的接触角滞后就是指这种现象。这种现象经常出现在PCB焊盘热风整平工艺中,恶化镀层的平整性。

图2.21 液滴在粗糙表面上的亚稳状态

关于基体金属表面能的影响,常指由于表面污染(特别是高能表面),使其在化学成分上往往是不均匀的;而且,由于原子或离子排列紧密程度的不同,不同晶面具有不同的表面自由能;即使同一晶面,也因表面的扭曲和缺陷造成表面自由能的差异;此外,实际工程材料多为多元多相合金材料,成分和相组成的差异必然造成表面各部分的自由能不同。以上原因都会导致一些高表面能区域和低表面能区域的出现,如图2.23所示。如果这种现象严重,就会出现局部润湿,表现为差的润湿性。

图2.22 倾斜粗糙表面上液滴的接触角

图2.23 理想化不均匀表面示意图

2.2.8 润湿性评定方法

润湿性评定方法主要包括接触角法、Amott方法(渗吸和排驱)和USBM方法。软钎焊中主要采用接触角法。钎料与基体金属间接触角的大小直接反映了润湿情况,而接触角的大小取决于铺展前沿三相交界点处界面张力的平衡。因此,要了解钎料对基体金属的润湿性,可通过测量接触角的方法来进行。但在实际应用中,由于直接测量接触角的困难和不精确性,所以在工程上还经常采用测量铺展面积、润湿时间和润湿力等方法。

1.表面张力的理论推算

由表面张力的定义可知,如果能够测定形成表面时所作的功,再除以表面积就可求得表面张力,但实际上很难实现。尤其是测定固体的表面张力及界面张力,几乎找不到切实可行的方法。许多研究者对表面张力的理论计算问题进行了一些有益的研究工作,其计算结果可以作为实际工作的参考。目前主要的理论计算基于Stefen法则,相关数据可从有关手册中查找,也可根据特鲁顿规则(Trouton′s rule)和盖斯定律(Hess law)作近似计算求取;涉及内容包括由晶体模型计算固、液体的表面张力,完全不溶体系界面张力的计算及合金溶液的表面张力和界面张力的计算等。

2.表面张力及界面张力的测定

(1)液态金属表面张力的测定

测量液体表面张力的方法有很多,如毛细管上升法、悬(液)滴法、圆环法、最大气泡法等。但对于液态金属来说,由于其比重和黏度较大,因此采用上述方法比较困难,目前比较实用的方法为固(座)滴法和吊板法。

(2)固体表面张力的测定

直接测定固体金属的表面张力是十分困难的,这可能是因为固体表面显著不均匀,相邻两点间的表面张力不同,不能像液体那样自动均匀化,并且固体表面易被污染等。固体金属的表面张力一般可用细丝载重的方法来测定。

(3)界面张力的测定

上述测定表面张力和界面张力的方法实现起来是很困难的,因此在通常的钎焊研究和生产中,一般多以上述方法作为定性判据,而对钎料的润湿和铺展性能则采用其他一些易于实现的方法和手段来测定。

图2.24为固相间的界面张力示意图,由三角几何关系可得

当已知两种不同晶粒的表面张力时,可以求取其界面张力。对于多晶体,如三晶交界处(见图2.25)的界面张力关系为

图2.24 固相间的界面张力

图2.25 三晶交界处的界面张力

(4)软钎焊工艺性能的测定

熔融钎料对基体金属的润湿性能是钎料的重要工艺性能指标,因此在工程上需要对其进行评定,尤其是希望能进行定量的评定。但目前还无法从理论上完全精确地确定实际工程体系的润湿性的优劣。原因之一是缺乏各种材料匹配之间的接触角数据。此外,实际焊接过程中的条件比较复杂,影响因素众多也是一个原因。因此,一般只能借助于试验方法来评定其润湿性。常用的测定方法包括润湿平衡测试法、接触角测量法(固滴法,也叫贝克曼法)、铺展面积测量法、铺展系数与润湿指数测量法、填缝长度测量法、复合板流动系数的测定(单板爬升法)、润湿时间的测定(焊球法)、一端浸渍法。其中,铺展面积测量法已被确定为国家标准(GB11364-89),铺展系数与润湿指数测量法已被日本工业标准(JIS)规定下来,一端浸渍法已被JIS和美国军用标准(MIL)作为标准规定下来。

2.2.9 常用去膜技术

在钎焊过程中,去除基体金属表面存在的氧化膜是保证液态钎料良好润湿基体金属并顺利完成钎焊连接的基本前提。由于材料性质、成分上的差异,其表面的氧化膜也表现出不同的特性。为去除材料表面的氧化膜,可以采用物理的方法和化学的方法。目前去除氧化膜的方法主要包括助焊剂法、活性气体法、真空法、气体介质法和机械法,软钎焊中主要采用助焊剂法和机械法,而真空法只在特殊产品与行业中得以应用。

1.助焊剂去膜

利用助焊剂去膜是目前使用的最广泛的一种方法,助焊剂在焊接过程中起着下列作用:清除基体金属和钎料表面的氧化物,为液态钎料在基体金属上铺展填缝创造必要的条件;以液体薄层覆盖基体金属和钎料表面,隔绝空气而起到保护作用;起界面活性作用,改善液态钎料对基体金属的润湿。

2.真空环境去膜

真空是压力低于正常大气压的气体空间,通常按气压分为四个等级:粗真空、低真空、高真空和超高真空。它们分别对应的范围是:1.01×10 5 ~1.33×10 3 Pa,1.33×10 3 ~1.33× 10 -1 Pa,1.33×10 -1 ~1.33×10 -6 Pa,1.33×10 -6 ~1.33×10 -10 Pa。

对于真空条件下的氧化膜去除机理有多种观点。早期认为真空降低了氧分压,导致氧化物分解。但理论计算一般氧化物分解所需的真空度在工业上很难达到。目前还有以下几种观点:钎焊加热时金属氧化物挥发而去除;基体金属或组元发生挥发,破坏并排除了表面氧化物;氧化物为基体金属所溶解;表面氧化膜为基体金属合金元素还原去除;液态钎料的吸附作用使氧化膜强度下降,破碎弥散并溶入基体金属。上述过程不是相互排斥的,而是相互补充的。对于不同基体金属,可以具有不同的去膜过程;对于同一基体金属,温度不同,去膜过程也可能不同。在高温硬钎焊时,曾发现部分金属会挥发而去除氧化膜,但是对于软钎焊来说,以上作用很小,具体机理还有待研究。

3.机械去膜(物理去膜)

物理去膜过程即超声波去膜,利用超声波振碎焊件表面的氧化物并去除。在电子工业中,实际操作时,对于氧化异常严重的金属表面,如 PCB 焊盘或元器件引脚,可采用机械刮擦方式去除氧化膜,然后搪锡保护。 5PNsiPQTaVtx+mxKkgLUmkE9+G9iTF3s10DKtOmB/k/ZsIk2YKVIpWn/ckikCLoa

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