一、软钎焊接中的问题
在整个电子设备的装联过程中,“软钎焊”的权重可达60%以上,它对电子产品的整体质量和可靠性有着特殊的意义。它的质量好坏直接关系到电子设备的工作可靠、寿命长短。而要保证任何一台/套电子设备或电子系统中成千上万个焊点都是完美无缺的焊接,难度是极大的!它是电子装联技术中使用最多、最广泛、永远不可缺的关键技术与质量!
这是当代电子装联问题的首要问题。提出这一问题,是为有效地推进SMT贴片加工焊接技术的认知和操作,它关系到电子产品和设备的小型化、轻量化,快速反应平台的可靠性,国家前途和命运,是对设计师、工艺师、整个电子行业社会历史责任感的呼唤。
可是很多广州SMT贴片加工厂都较轻视软钎焊接技术,理由是:焊接时,动手一试,立马粘上了,所以认为它简单。然而,在当今电子产品朝向更轻、薄、小、高密度组装时,要求设备高可靠性时,人们才发现,设备的故障原因,除元器件的早期不良和正常消耗外,基本上都是焊接不良!
因为产品制成后,检验不可能将问题焊点一个不漏的查出来,更何况软钎焊的装联技术本身存在着许多隐含的质量因素。因此:焊接技术并不简单,决不只是规定操作标准和验收标准就可以了。
二、对焊接界面认识不清
电子设备中的每个焊点至少有两个连接界面:焊接金属A与焊接金属B均由中间的焊料相连接的两个界面。
锡-铅焊料对母材铜基体焊接时,在熔融焊料与基体金属的界面上,由于扩散作用,从焊料方面看,仅有Sn参与了反应,Pb没有参与化合物反应。因为从母材金属方面看,基体金属与焊料之间的界面上以原子量的比例按化学方式结合起来的金属间化合物,在靠近焊料一侧形成了Cu6Sn5(η相),而靠近母材铜的一侧形成了Cu3Sn(ε相)。显然Pb没有结合进这个金属间的化合层内。一个可靠性良好的焊点,其金属间结合层的这个界面,在显微金相组织下所呈现的主要应是铜锡合金的薄层。
但是,当温度继续升高、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(注意而不是母材一侧),形成了富Pb层。Cu3Sn和富Pb层之间的界面结合力非常脆弱,当受到温度、震动等冲击,就会在焊接界面处发生裂纹。焊料越多、焊接温度越高、焊接时间越长形成的富Pb层越厚,焊点开裂或脱焊的概率就越大。
因此,我们千万不能认为焊点越胖越可靠!
三、焊料厚度究竟多少为最佳
那么,两个被焊接金属间化合物的薄层量化概念是多少呢?理论界不同说法:
<4μm、5μm、8μm?
但是业内有一点认识非常统一:
焊接后必须生成结合层,且结合层中不可能没有金属间化合物,但不能太厚,因为金属间化合物比较脆,与基板材料、焊盘、元器件、焊接端之间的热膨胀系数差别很大时,容易产生龟裂造成焊点失效。
大量的研究试验结论认为:软钎焊接的结合强度不取决于钎接部位钎料量的多少,钎料量对单元面积的强度影响不大。
因此根据试验报告认为:合金层厚度为1.2~3.5μm时比较合适。这个厚度的量化指标已经被我正式写入国军标了。
四、对电子装联技术的认可
电子装联技术几十年来没有形成独立的技术科研开发和如何低成本制造的工程化专门机构。
在业界对于电子装联技术的培训,其中特别是整机、多芯电缆组件的装焊,在国内几乎是空白。可见这种知识的传播、专业机构的运作,是多么的苍白无力!
面对现代化的电子产品、成套电子装备,电子装联技术及人员,必须思考:什么样的电路设计才符合可制造性要求(即DFM)?什么样的工艺设计才能满足产品质量、可靠性要求?什么样的工艺知识才具有可指导性、可操作性?
未完待续…
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