共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题
摘要：
因为传统铅锡焊料和无铅焊料强度不足、砍蠕变能力差以及其他的本身缺陷，共晶金锡焊料已经替代它们广泛用于高可靠和高功率电路中，包括使用在混合电路、MEM、光电开关、LEDs、激光二极管和无线电装置。金锡焊料焊接中可以避免使用组焊剂，尤其可以减少污染和焊盘的腐蚀。虽然使用金锡焊料有很多优点，但材料的性能和焊接工艺工程仍需研究。
前言：由于共晶金锡焊料具有优良的机械和热传导性能（特别是强度和抗蠕变性）以及不需组焊剂可以很好的再流的特性，共晶AuSn被广泛应用于高温和高可靠性的电路中。与之对比其他无铅和传统的铅锡共晶焊料却有着大量的问题：
焊接时需要的组焊剂造成了焊接焊盘的腐蚀，同时残杂也会危害EMES、光电电路和密封封装（组焊剂一般在密封电路中被禁止使用）。
在光学电路中焊料的过度蠕变或应力松弛的积累会导致阵列的退化。
低强度
低热传导率（尽管这个问题被夸大了，事实上热传导率还需要考虑大焊接焊料的厚度）
共晶金锡焊料已经得到了广泛应用：如MEMS光开关等微电子和光电子学中使用的倒装芯片；光纤附件; GaAs和InP激光二极管;密封包装;和射频器件等。
AuSn的焊接已证明可靠性可以达到30多年，是因为其焊接中再流过程可以产生重复、无空洞以及无缺陷的焊接。本文回答了很多公司关于焊接设计、焊接材料组合以及再流焊技术发展等问题。
相图
我们可以从金锡焊料的二元相图去认识很多共晶金锡焊料焊接的关键问题，如图1所示，焊料中富金时，液相线下降非常迅速，在常温下有大量的“线性”化合物。
当使用金锡焊料焊接镀金层时，焊接温度必须超过280摄氏度，因为只有达到这个焊接问题，镀层里的金元素才可以扩散或融入到焊料中。这样可以产生两个优点：在这个温度下第二次再流不会损坏到焊料；更高的温度也可以产生更大的抗蠕变性。然而，焊接后中间的焊料很难再次起到焊接作用，因为即使两个焊接界面可以分开，残留下焊接时形成的金属间化合物都会阻止再流。而且，焊接中的“凝固”现象也会使浸湿不充分导致焊接不完全而使强度下降。
这些缺点可以通过增加焊料中锡成分成为富锡焊料，这样，共晶成分中金完全平均分散的。但在使用金锡焊膏时候，这种方法也是有一定缺陷的，因为焊膏的成分是可变的，这也是为什么使用蒸发、溅射或电镀方法来沉积焊膏。
对于共晶焊接，我们应该关注冷却时如下的过程：L → ξ+ δ→ ξ’ + δ，一般来说，焊接后ξ和ξ’构成了焊接的主要组成，其中ξ’是焊接后形成的金属间化合物。
焊接后，我们期盼构成η, ε,δ和ξ’的连续的界面。一般来说，瞬间液相（TLP）连接使用的更多而不是共晶连接。瞬间液相（TLP）连接的优点的是连接温度处于Sn液相点和共晶液相间之间。但是，此种焊接时加热时间和冷却时间都需要更长，而且如果在这个过程里反应没
有完全，则以后长时间里微结构的演变都会继续。通过多层薄的焊料可以减少这些缺陷，因为薄层可以减少扩散距离，也减少产生金属间化合物的时间。
这个相图有利于我们认识焊料的机械性能。锡富一方形成的金属间化合物方图是“线”形化合物，具有极其有限的溶解度。这些化合物一般有着高强度和良好的抗蠕变性，但展延性减少。但在下文中我们将讨论到，具备中等延性和优良的抗蠕变性的金锡焊料形成的金属间化合物却远比CuSn化合物有更好的展延性。
金属化层
选择合适的金属化层是共晶焊接的关键之一。一般的要符合如下的要求：
合适的焊接界面
扩散阻挡层
保护层
合适的焊接界面是使电子元器件焊接到陶瓷基板上的必备界面，因为大部分的金属材料不可以直接互联到共价材料上；而对于金属基板是不需要焊接界面。扩散阻挡层必须既要和焊接层互联良好，而且和锡（内在）不反应或足够的厚以阻止再流和后面焊接形成的金属化合物的扩散。保护层是兼容纯金材料和金锡焊料的必备材料，可以保护表面在再流焊接前的氧化。
很多领域使用到金锡焊料。表一列出了典型的基板和金属化的厚度。一般的，TIW/Au和Ti/Pt/Au(互联层/阻挡层/保护层)用于半导体器件和陶瓷基板的焊接，Ni/Au用在金属的连接。Ni一般用电解电镀或化学电镀，但后者成本更低更多的使用。扩散阻挡层一般选用Ni、Pt 和Pd，或在TIW层上沉积NiSn和AuSn的金属间化合物。
和Sn发生反应的阻挡层，扩散的速率和以下的因素有关系：
焊料互联的厚度
焊料液相点的峰值温度
焊接的时间
形成物的形貌和阻挡层上的残余应力
如图2所示，Song等人已使用一个特殊的例子详细阐述了阻隔层的损耗问题。这两篇文章对比了金锡焊料焊接时，纯铜焊盘以及其上有Ni隔离层的差别。金属间化合物Au-Ni-Sn和CuSn 的生长速度成平方根的比例，这是个一个典型的扩散速度，尽管Ni的耗散速度因为焊接峰值温度的影响变得更低。
而扩散阻隔层W材料和Sn不发生反应，尤其再覆镀上NiSn或AuSn的金属间化合物，更可以有效地减少阻隔层的金属损耗。
即使是生成物、再流焊温度以及时间等相似时，扩散速度也会不同。因为阻隔物材料颗粒的减少会增加本身材料的扩散速度，就会导致阻隔层材料损速度的增加。焊接各个阶段产生残余应力不仅增加扩散率，而且会产生新的增加甚至开裂。
焊料的种类和种类
本文研究的焊料种类包括焊片、焊膏和沉积膜。沉积膜的技术包括溅射成膜、蒸发成膜以及电镀成膜，膜可以是单层或多层的。它们的缺点和优点如下介绍：
焊片：
优点：单独使用；不依靠焊料的流淌来达到覆盖总个焊盘
缺点：组成的一致性；氧化性；定位问题；低容量
焊膏：
优点：大批量使用，包括使用光刻胶做网印刷
缺点：需要阻焊剂（微机电系统，倒装芯片和光电子学除发光二极管外）;组分控制; 焊接气氛导致的孔洞率
溅射膜：
优点：成分控制
缺点：残留Ar杂质和空洞；中等和小批量的使用，成本和过程控制；沉积速度慢
蒸发膜“
优点：成分控制
缺点：不均匀以及污染，中等和小批量的使用，成本和过程控制；沉积速度慢
电镀膜：
优点：成分控制，大批量使用，沉积速度快，
缺点：过程的敏感度
一般而言，单层共晶成分电镀层或多层次Au5Sn （ξ ' ）和AuSn （δ ）电镀膜被认为适合于批量生产。但对于小批量的是使用，焊片、溅射或蒸发都可以使用。
焊接过程
一般很难对于焊接过程提供指导意见，因为它涉及到很多因素：形状，重量，焊接面，组分和基板的热膨胀系数，再流时的气氛，回流设备（烘箱、芯片贴片机、红外或激光回流、热板等），相关的热模块以及加热/冷却时间和其他的因素等等。。。但下面是焊接一些一般性要求：
很多不同组分的焊料都很好的用去焊接，提供好的润湿，底空洞率，均匀微结构，和可以适合批量使用
基板材料和元器件间的热膨胀系数要匹配，以减少两者之间应力甚至开裂，虽然铜和可法材料热膨胀系数不匹配也焊接性能良好。
减少气氛的影响虽然不是必须的，但在大批量使用可以使焊接保持一致性
表面氧化层的影响，焊接气氛的保护是不够的，最好可以使用机械去除或清洗去除氧化层。
焊接的升温速度不要太快
冷却速度一般需要较快，但热膨胀系数不匹配或冷却过快会造成开裂。
表二总结了一些不同焊料和使用不同设备焊接的详尽参数。
材料特性：机械性能
焊料和金属间化合物的力学性能分析，特别在有限元分析（FEA），通常使分析测量得到的大量样本数据。然而对比典型焊接、焊接几何形貌以及生成的化合物，焊接形貌、残余应力和机械约束的不同，导致直接从测试数值得到的评价是不准确的。
表三总结了实际焊料焊接和膜焊接中金属、焊料以及产生的金属间化合物的特性。其中金属间化合物的特性借用了Chromik的研究成果，他们使用纳米压痕的技术来分析金属间化合物，文中还阐述了纳米压痕技术相比于体效应技术的优缺点。表三中压痕蠕变的数值同样使用这个办法得到得，这些数据证实了AuSn & Au5Sn相间以及合金本身也会产生高抗蠕变性。
材料特性：扩散
前文中我们已经讨论了Sn的扩散以及对阻隔层的损耗。而且，金和锡之间的互扩散也可以帮助我们更好理解由Au和Sn构成的单层或多层焊料膜的使用，如TLP焊接。令人惊讶的是，虽然Sn 熔点更低，但一开始Au扩散速度更快，因为此时是间歇扩散为主，金的粒子直径更小。但随着金层上金颗粒越来越小，Sn的扩散会越来越快达到平衡虽然比Au更快，因为此时Sn沿着Au界面缺陷的界面扩散。正是扩散速度的不同，导致了柯肯达尔空洞的产生，【30】文中的图2更是用一个例子很好的解释了这种现象。
Yamada等人提出了一个很好的方法来测量和分析在不同退火温度下金属间化合物的形成速度。互扩散模型理解为两层Sn层间有一层Au层。在所有情况下，三个中间Au-Sn层间形成的金属间化合物和退火时间成幂律关系，而且在不变的温度时每个界面形成的金属间化合物和所有形成的金属间化合物的比是一个常数。虽然温度减小，这个常数变大因为更多的AuSn4的产生，反之变少因为更多的AuSn和AuSn2的产生。
我们设行成的金属间化合物为，时间为t，它们之间有如下的关系
其中n和比K取决于温度；t0和K0是常数，Q是激活能，R是气体常数（8.3144焦耳/摩尔），T是温度。
表4a给出了不同焊接温度和时间下形成的金属间化合物的厚度，表4b给出了不同退火温度和时间产生的金属间化合物的厚度。。。。。
因为没有考虑到沿界面缺陷的界面的扩散行为，计算的结果不是准确。但这些研究提供了一个去评价和分析的框架。
长期的可靠性
因为金锡焊料焊接的高强度，抗蠕变性，已经被广泛用于严酷环境下。如在-55 to 125oC 的温循，从75 to 150oC的储藏, 121oC高温高压高湿环, 250oC老化后的芯片剪切等,激光二极管长期的工作环境等。
主要的可靠性问题的产生都来至焊接过程中（空洞，不合适相得产生等），最后会导致开裂。
前文已经证明，共晶的金属间化合物有很好的韧性，但开裂大部分是脆性开裂，线弹性断裂力学是最好估计共晶焊接寿命的方法。最差情况下的缺陷的尺寸都应该限制在不会破裂的估计和过程控制下。
结论
本文详细介绍了共晶AuSn焊料以及其焊接过程的主要问题，如多层间的扩散问题和机械性能问题。合适的设计以及工艺的进步，拥有优良性能的AuSn焊接能工作在很多要求严格的环境下。
焊接材料对焊接质量的影响 焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）的成分对焊缝金属的化学成分、组织与性能有重要的影响。为了使焊缝金属具有所要求的成分与性能，必须保证焊接材料中有益的合金元素含量和严格控制有害杂质的含量。 1 焊缝金属的合金化 （1）焊缝金属的合金化就是把所需的合金元素通过焊接材料过渡到焊缝金属（或堆焊金属）中去。焊接中合金化的目的是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成的合金元素的损失，消除焊接缺陷（裂纹、气孔等）和改善焊缝金属的组织和力学性能，或者是获得具有特殊性能的堆焊金属。 对金属焊接性影响较大的合金元素主要有C、Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V、Nb、Cu、B等；低合金钢焊接中提高热影响区淬硬倾向的元素有C、Mn、Cr、Mo、V、W、Si等；降低淬硬倾向的元素有Ti、Nb、Ta等。还应特别注意一些微量元素的作用，如B、N、RE等。 焊接中常用的合金化方式有以下几种。 ①应用合金焊丝或带极把所需要的合金元素加入焊丝、带极或板极内，配合碱性药皮或低氧、无氧焊剂进行焊接或堆焊，把合金元素过渡到焊缝或堆焊层中去。这种合金化方式的优点是可靠，焊缝成分均匀、稳定，合金损失少；缺点是制造工艺复杂，成本高。对于脆性材料，如硬质合金不能轧制、拔丝，故不能采用这种方式。 ②应用合金药皮或非熔炼焊剂把所需要的合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药皮或非 熔炼焊剂中，配合普通焊丝使用。这种合金化方式的优点是简单方便，制造容易，成本低；缺点是由于氧化损失较大，并有一部分合金元素残留在渣中，故合金利用率较低，合金成分不够稳定、均匀。 ③应用药芯焊丝或药芯焊条药芯焊丝的截面形状是各式各样的，最简单的是具有圆形断面的，外皮可用低碳钢其他合金钢卷制而成，里面填满需要的铁合金及铁粉等物质。用这种药芯焊丝可进行埋弧焊、气体保护焊和自保护焊，也可以在药芯焊丝表面涂上碱性药皮，制成药芯焊条。这种合金过渡方式的优点是药芯中合金成分的配比可以任意调整，因此可行到任意成分的堆焊金属，合金的损失较少；缺点是不易制造，成本较高。 ④应用合金粉末将需要的合金元素按比例配制成具有一定粒度的合金粉末，把它输送到焊接区，或直接涂敷在焊件表面或坡口内。合金粉末在热源作用下与母材熔合后就形成合金化的堆焊金属。这种合金过渡的优点是合金成分的比例调配方便，不必经过轧制、拔丝等工序，合金损失小；缺点是合金成分的均匀性较差，制粉工艺较复杂。 此外，还可通过从金属氧化物中还原金属元素的方式来合金化，如硅、锰还原反应。但这种方式合金化的程度是有限的，还会造成焊缝增氧。 在实际生产中可根据具体条件和要求选择合金化方式。焊接材料中的合金成分是决定焊缝成分的主要因素。改进和研制焊条、焊丝、焊剂时，必须根据焊接接头工作条件设计焊缝金属的最佳化学成分，以保证焊缝性能满足使用要求。 （2）熔合比及合金过渡系数
Sn-Ag-Cu无铅焊料的可靠性研究 【来源:《电子与封装》】【编辑:韩永典1，荆洪阳1，徐连勇1，郭伟杰1，王忠星 2 】【时间: 2007-5-15 8:57:52】【点击: 993】 1 引言 电子产品在我们的生活中无处不在。在这些产品中，电子封装技术起着举足轻重的作用。随着IC制造业的迅速发展，电子封装产业面临着越来越大的挑战[1]。随着对高性能、大功率、小型化在电子产品中要求的不断扩大，电子封装正从有引线(peripherallead)封装向平面阵列(area array)无引线封装趋势发展[2]。 由于焊点既能作为电气通道，又能在芯片和基板之间提供机械连接同时提高导热率，所以它在电子封装中得到r广泛的应用[3]。因而焊点的可靠性问题是电子产品设计和使用时的核心问题之一。电子封装件的焊点在服役过程中伴随着循环的热-机械应力作用，极易发生热疲劳和蠕变。因此如何评测它的可靠性和寿命就变得非常迫切。 2 无铅焊料的发展 由于价格低廉，具有良好的导电性，优良的力学性能和可焊性，sn-Pb焊料成为连接器件和印刷电路板的首选焊接连接材料。近年来，无铅焊料的研究和开发受到了越来越广泛的重视。主要原因有：(1)研究表明Pb对人体的健康和环境有不利的影响；(2)传统的SnPb焊料剪切强度、抗蠕变和抗疲劳能力差，导致平面阵列封装的焊点过早失效；(3)电子产品应用领域的不断扩大，对焊料等互连材料提出了新的要求。 欧盟对电子产品实施RoHS(Restriction of：Haz-ardous Substances)法令无疑更加快了焊料无铅化的进程。传统Sn-Pb焊料的无铅替代品原则上应符合以下要求[4]:(1)熔点接近传统Sn-Pb焊料的熔点，特别应该接近共晶sn-Pb焊料的熔点(～183℃)；(2)与基板材料或金属材料有较好的浸润能力；(3)机械性能至少不低于Sn-Pb焊料，抗疲劳性能好；(4)与现有的液体助焊剂相匹配；(5)加工性能好；(6)以焊膏形式存在时有足够的寿命和使用性能；(7)焊后缺陷率小；(8)价格合适，供应充足；(9)毒性小，不会对人和环境产生不 利影响。 国际上对无铅焊料的定义为：以Sn为基，添加Ag、Cu、Zn、Bi等元素构成的二元、三元甚至四元的共晶合金，代替SnPb焊料，其中W(Pb)应小于0．1％[5]。表1给出了常 用锡基二元合金焊料的优缺点[6]。
通孔回流焊接的作用 一.什么叫通孔回流焊接技 在传统的电子组装工艺中，对于安装有过孔插装元件采用波峰焊接技术。但波峰焊接有许多不足之处：不适合高密度、细间距元件焊接；桥接、漏焊较多；需喷涂助焊剂； PCB板受到较大热冲击翘曲变形。因此波峰焊接在许多方面不能适应高精密度电子组装技术的发展。为了适应这种高精密度表面组装技术的发展，解决以上焊接难点的措施是采用通孔回流焊接技(THRThrough-holeReflow)，又称为穿孔回流焊PIHR(Pin-in-HoleReflow)。该技术原理是在PCB板完成贴片后，使用一种安装有许多针管的特殊钢网模板，调整模板位置使针管与插装元件的过孔焊盘对齐，使用刮刀将模板上的锡膏漏印到焊盘上，然后安装插装元件，最后插装元件与贴片元件同时通过回流焊完成焊接。从中可以看出穿孔回流焊相对于传统工艺的优越性：首先是减少了工序，省去了波峰焊这道工序，节省了人工费用，在效率上也得到了提高；其次回流焊相对于波峰焊，产生桥接的可能性要小的多，这样就提高了一次通过率。穿孔回流焊相对传统工艺在生产效率、先进性上都有很大优势。通孔回流焊接技术起源于日本SONY公司，20世纪90年代初已开始应用，但它主要应用于SONY自己的产品上，如电视调谐器及CDWalkman。 通孔回流焊有时也称作分类元件回流焊，正在逐渐兴起。它可以去除波峰焊环节，而成为PCB混装技术中的一个工艺环节。通孔回流焊最大的好处就是可以在发挥表面贴装制造工艺的优点的同时使用通孔插件来得到较好的机械联接强度。对于较大尺寸的PCB板的平整度不能够使所有表面贴装元器件的引脚都能和焊盘接触，同时，就算引脚和焊盘都能接触上，它所提供的机械强度也往往是不够大的，很容易在产品的使用中脱开而成为故障点。尽管通孔回流焊可发取得偿还好处，但是在实际应用中通孔回流焊仍有几个缺点，锡膏量大，这样会增加因助焊剂的挥了冷却而产生对机器污染的程度，需要一个有效的助焊剂残留清除装置。通孔回流焊另外一点是许多连接器并没有设计成可以承受通孔回流焊的温度，早期通孔回流焊基于直接红外加热的回流焊炉子已不能适用，这种回流焊炉子缺少有效的热传递效率来处理一般表面贴装元件与具有复杂几何外观的通孔连接器同在一块PCB上的能力。只有大容量的具有高的热传递的强制对流通孔回流焊炉子，才有可能实现通孔回流，并且也得到实践证明，剩下的问题就是如何保证通孔中的锡膏与元件脚有一个适当的回流焊温度曲线。随着工艺与元件的改进，通孔回流焊也会越来越多被应用。影响回流焊工艺的因素很多，也很复杂，需要工艺人员在生产中不断研究探讨，将从多个方面来进行探讨。 二．通孔回流焊接工艺的特点 1. 通孔回流焊与波峰焊相比的优点 (1)通孔回流焊焊接质量好，不良比率PPM(百万分率的缺陷率)可低于20。 (2)虚焊、连锡等缺陷少，返修率极低。 (3)PCB布局的设计无须像波峰焊工艺那样特别考虑。 (4)工艺流程简单，设备操作简单。 (5)通孔回流焊设备占地面积少，因其印刷机及回流炉都较小，故只需较小的面积。 (6)无锡渣问题。 (7)机器为全封闭式，干净，生产车间里无异味。 (8)通孔回流焊设备管理及保养简单。 (9)印刷工艺中采用了印刷模板，各焊接点及印刷的焊膏量可根据需要调节。
常用锡铅焊料参数Solder AlloyMelting Point, °C solidus / liquidusDensity, g/cm3Electrical Resistivity, μΩ?mThermalConductivity, W/m?KTensile Strength at Break, kgf/cm2TensileElongationat Break, %BrinellHardness, HB合金成分 （合金代号） Sn90Pb10 (alloy #118) Sn63Pb37 (alloy #106) Sn60Pb40 (alloy #109) Sn55Pb45 (alloy #113) Sn50Pb50orPb50Sn50 (alloy #116) Pb55Sn45orSn45Pb55
(alloy #125) Pb60Sn40orSn40Pb60 (alloy #130) Pb65Sn35orSn35Pb65 (alloy #135)熔点℃ 固态/液态密度电阻率导热率抗拉强度延伸率布氏硬度183 / 2137.55--49040-183 / 1838.400.83 / 1918.500.6183 / 2008.68-----183 / 2128.870.83 / 2279.070.166----183 / 2389.280. / 2479.500.176---12Pb70Sn30orSn30Pb70 (alloy #141) Pb75Sn25orSn25Pb75 (alloy #145) Pb80Sn20orSn20Pb80 (alloy #149) Pb85Sn15orSn15Pb85 (alloy #153)
焊接冶金学材料-焊接性课后习题答案 第一章：概述 第二章：焊接性及其实验评定 1.了解焊接性的基本概念。什么是工艺焊接性？影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。影响因素：材料因素、设计因素、工艺因素、服役环境。 第三章：合金结构钢 1．分析热轧钢和正火钢的强化方式和主强化元素又什么不同，二者的焊接性有何差别？在制定焊接工艺时要注意什么问题？ 答：热轧钢的强化方式有：（1）固溶强化，主要强化元素：Mn，Si。（2）细晶强化，主要强化元素：Nb,V。（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V.；正火钢的强化方式：（1）固溶强化，主要强化元素：强的合金元素（2）细晶强化，主要强化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀强化，主要强化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：热轧钢含有少量的合金元素，碳当量较低冷裂纹倾向不大，正火钢含有合金元素较多，淬硬性有所增加，碳当量低冷裂纹倾向不大。热轧钢被加热到1200℃以
上的热影响区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，而是、正火钢在该条件下粗晶区的V析出相基本固溶，抑制A长大及组织细化作用被削弱，粗晶区易出现粗大晶粒及上贝、M-A等导致韧性下降和时效敏感性增大。制定焊接工艺时根据材料的结构、板厚、使用性能要求及生产条件选择焊接。 2．分析Q345的焊接性特点，给出相应的焊接材料及焊接工艺要求。 答:Q345钢属于热轧钢，其碳当量小于0.4％，焊接性良好，一般不需要预热和严格控制焊接热输入，从脆硬倾向上，Q345钢连续冷却时，珠光体转变右移，使快冷下的铁素体析出，剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而转变为含碳量高的贝氏体与马氏体具有淬硬倾向，Q345刚含碳量低含锰高，具有良好的抗热裂性能，在Q345刚中加入V、Nb达到沉淀强化作用可以消除焊接接头中的应力裂纹。被加热到1200℃以上的热影响区过热区可能产生粗晶脆化，韧性明显降低，Q345钢经过600℃×1h退火处理，韧性大幅提高，热应变脆化倾向明显减小。；焊接材料：对焊条电弧焊焊条的选择：E5系列。埋弧焊：焊剂SJ501，焊丝H08A/H08MnA.电渣焊：焊剂HJ431、HJ360焊丝H08MnMoA。CO2气体保护焊：H08系列和YJ5系列。预热温度：100～150℃。焊后热处理：电弧焊一般不进行或600～650℃回火。电渣焊900～930℃正火，600～650℃回火
金属材料的焊接性能 （1）焊接性能良好的钢材主要有： 低碳钢（含碳量<0.25）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量<0.20）；不锈钢（合金元素含量>3、含碳量<0.18）。 （2）焊接性能一般的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.25～0.35）；低合金钢（合金元素含量<3、含碳量<0.30）；不锈钢（合金元素含量13～25、含碳量￡0.18） （3）焊接性能较差的钢材主要有： 中碳钢（合金元素含量<1、含碳量0.35～0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量0.30～0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.20）。 （4）焊接性能不好的钢材主要有： 中、高碳钢（合金元素含量<1、含碳量>0.45）；低合金钢（合金元素含量1～3、含碳量>0.40）；不锈钢（合金元素含量13、含碳量0.30～0.40）。 焊条和焊丝选择的基本要点如下： 同类钢材焊接时选择焊条主要考虑以下几类因素： 考虑工件的物理、机械性能和化学成分；考虑工件的工作条件和使用性能； 考虑工件几何形状的复杂程度、刚度大小、焊接坡口的制备情况和焊接部位所处的位置等；考虑焊接设备情况；考虑改善焊接工艺和环保；考虑成本。 异种钢材和复合钢板选择焊条主要考虑以下几类焊接情况： 一般碳钢和低合金钢间的焊接；低合金钢和奥氏体不锈钢之间的焊接；不锈钢复合钢板的焊接。 焊条和焊丝的选择参数查阅机械设计手册中焊条和焊丝等章节和焊条分类及型号（GB 980-76）、焊条的性能和用途（GB 980～984-76）等有关国家标准。 ###15CrMoR的换热器的热处理工艺 ***当板厚超过筒体内径的3％时，卷板后壳体须整体热处理。 *** 15CrMoR焊接性能良好。手工焊用E5515-B2（热307）焊条，焊前预热至200-250℃（小口径薄壁管可不预热），焊后650-700℃回火处理。自动焊丝用H13CrMoA和焊剂250等。 ###压力容器用钢的基本要求 压力容器用钢的基本要求：较高的强度,良好的塑性、韧性、制造性能和与相容性。 改善钢材性能的途径：化学成分的设计,组织结构的改变,零件表面改性。 本节对压力容器用钢的基本要求作进一步分析。 一、化学成分 钢材化学成分对其性能和热处理有较大的影响。 1、碳:碳含量增加时，钢的强度增大，可焊性下降，焊接时易在热影响区出现裂纹。 因此压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%。2、钒、钛、铌等：在钢中加入钒、钛、铌等元素，可提高钢的强度和韧性。
回流焊接工艺 回流焊接是表面贴装技术（SMT）特有的重要工艺，焊接工 艺质量的优劣不仅影响正常生产，也影响最终的质量和可靠性。在使用表面贴装元件的印刷电路板(PCB)装配中，要得到优质的 焊点，一条优化的回流温度曲线是最重要的因素之一。温度曲线是施加于电路装配上的温度对时间的函数，当在笛卡尔平面作图时，回流过程中在任何给定的时间上，代表 PCB 上一个特定点上的温度形成一条曲线。几个参数影响曲线的形状，其中最关键的是传送带速度和每个温区的温度设定。链速决定基板暴露在每个温区所设定的温度下的持续时间，增加持续时间可以允许更多时间使电路装配接近该温区的温度设定。每个温区所花的持续时间总和决定总共的处理时间。每个区的温度设定影响 PCB 的温度上升速度。增加温区的设定温度允许基板更快地达到给定温度。因此，必须作出一个较好的图形来决定 PCB 的温度曲线，理想的温度曲线由基本的四个区组成，前面三个区加热、最后一个区冷却。回流炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。在回流焊接过程中，锡膏需经过溶剂挥发；焊剂清除焊件表面的氧化物；锡膏的熔融、再流动以及锡膏的冷却、凝固。以下就对温度曲线图及四个区进行介绍： 1
Peak: 熔点 220℃以 上 210～220℃ 180℃150℃ 时间 S 250S 200S 150S 100S 50S 预热区：也叫斜坡区。目的：使 PCB 和元器件预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水份、溶剂，以防焊膏发生塌落和焊料飞溅。要保 证升温比较缓慢，溶剂挥发。较温和，对元器件的热冲击尽可能小， 在这个区，尽量将升温速度控制在 2～5℃/S，较理想的升温速度为 1～3 ℃/S，时间控制在 60～90S 之间。升温过快会造成对元器件的 伤害，如会引起多层陶瓷电容器开裂。同时还会造成焊料飞溅，使 在整个PCB的非焊接区域形成焊料球以及焊料不足的焊点。而温度上 升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使 PCB 达到活性温度。锡 炉的预热区一般占整个加热通道长度的 25～33%。 保温区：也称活性区、有时叫做干燥或浸润区。目的：保证在达到回流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除 元器件、焊盘、焊粉中的金属氧化物。在这个阶段助焊剂开始挥发，
金属的焊接性 一、金属焊接性 1.概念：金属焊接性就是金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性。 含义：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊成的接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。 评价标准：如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。 2.影响焊接性的因素 1）材料因素 材料是指用于制造结构的金属材料及焊接所消耗的材料。前者称为母材或基本金属，即被焊金属。后者称为焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等。 材料因素包括化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状态和力学性能等。其中化学成分(包括杂质的分布与含量)是主要的影响因素。碳对钢的焊接性影响最大。含碳量越高，焊接热影响区的淬硬倾向越大，焊接裂纹的敏感性越大。也就是说，含碳量越高焊接性越差。除碳外钢中的一些杂质如氧、硫、磷、氢、氮以及合金钢中常用的合金元素锰、铬、钴、铜、硅、钼、钛、铌、钒、硼等都不同程度地增加了钢的淬硬倾向使焊接性变差。 若焊接材料选择不当或成分不合格，焊接时也会出现裂纹、气孔等缺陷，甚至会使接头的强度、塑性、耐蚀性等使用性能变差。 2）设计因素 设计因素是指焊接结构在使用中的安全性不但受到材料的影响而且在很大程度上还受到结构形式的影响。例如结构刚度过大或过小，断面突然变化，焊接接头的缺口效应，过大的焊缝体积以及过于密集的焊缝数量，都会不同程度地引起应力集中，造成多向应力状态而使结构或焊接接头脆断敏感性增加。 3）工艺因素 工艺因素包括施焊方法(如手工焊、埋弧焊、气体保护焊等)、焊接工艺(包括焊接规范参数、焊接材料、预热、后热、装配焊接顺序)和焊后热处理等。在结构材料和焊接材料选择正确、结构设计合理的情况下工艺因素是对结构焊接质量起决定性作用的因素。 4）使用因素 使用因素指焊接结构的工作温度、负荷条件(动载、静载、冲击、高速等)和工作环境(化工区、沿海及腐蚀介质等)。一般来讲环境温度越低钢结构越易发生脆性破坏，承受交变载荷的焊接结构易发生疲劳破坏。 二、如何分析金属的焊接性 （一）从金属的特性分析焊接性 1.化学成分 1）碳当量法 钢材中的各种元素，碳对淬硬及冷裂影响最显著，所以有人将钢材中各种元素的作用按照相当于若干含碳量折合并迭加起来，求得所谓的“碳当量”(C eq)，以C eq值的大小估价冷裂纹倾向的大小，认为C eq值越小，钢材的焊接性能越好。 碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件。 2）焊接冷裂纹敏感系数
金属材料的焊接性能 （2014.2.27） 摘要：对各种常用金属材料的焊接性能进行研究，通过参考各类焊接丛书及焊接前辈多年的经验总结，对常用金属材料的焊接工艺可行性起指导作用。 关键词：碳当量；焊接性；焊接工艺参数；焊接接头 1 前言 随着中国特种设备制造业的不断发展，我们在制造产品时所用到的金属材料种类也在不断增加，相应地所必须掌握的各种金属材料的焊接性能也在不断研究和更新中，为了实际产品制造的焊接质量，熟悉金属材料的焊接性能，以制定正确的焊接工艺参数，从而获得优良的焊接接头起到至关重要的指导作用。 2 金属材料的焊接性能 2.1 金属材料焊接性的定义及其影响因素 2.1.1 金属材料焊接性的定义 金属材料的焊接性是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的能力。一种金属，如果能用较多普通又简便的焊接工艺获得优良的焊接接头，则认为这种金属具有良好的焊接性能金属材料焊接性一般分为工艺焊接性和使用焊接性两个方面。 工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得优良，无缺陷焊接接头的能力。它不是金属固有的性质，而是根据某种焊接方法和所采用的具体工艺措施来进行的评定。所以金属材料的工艺焊接性与焊接过程密切相关。 使用焊接性是指焊接接头或整个结构满足产品技术条件规定的使用性能的程度。使用性能取决于焊接结构的工作条件和设计上提出的技术要求。通常包括力学性能、抗低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、疲劳性能、持久强度、耐蚀性能和耐磨性能等。例如我们常用的S30403，S31603不锈钢就具有优良的耐蚀性能，16MnDR，09MnNiDR低温钢也有具备良好的抗低温韧性性能。
影响焊接接头组织与性能的因素分析 1．材料的匹配 材料的匹配主要是指焊接材料（包括焊剂）的选用，焊接材料将直接影响接头的组织和性能。通常情况下，焊缝金属的化学成分及力学性能与母材相近。但考虑到铸态焊缝的特点和焊接应力的作用，焊缝的晶粒比较粗大并有存在偏析，产生裂纹、气孔和夹渣等焊接缺陷的可能性，因此常通过调整焊缝金属的化学成分以改善焊接接头的性能。 2. 指定母材和焊材时，焊接热输入量，焊接层数，道数，层间温度都有影响。一般来说，热输入不要太大，焊接层数多一些，焊层偏薄一些，热输入量是指热源功率与焊接速度之比。热输入量的大小，不仅影响过热区晶粒粗大的程度，而且直接影响到焊接热影响区的宽度。热输入量越大，则焊接接头高温停留时间越长，过热区越宽，过热现象也越严重，晶粒也越粗大，因而塑性和韧性下降也越严重，甚至会造成冷脆。因此，应尽量采用较小的热输入量，以减小过热区的宽度，降低晶粒长大的程度。在低温钢焊接时尤为重要，应严格控制热输入量，防止晶粒粗化而降低低温冲击韧性。 3要控制好焊接的层间温度，层间温度主要影响的是相变区间，也就是说，不同的层间温度会造成不同的相变温度与相转变时间从而得到不同比例的相组织。一般来说，层间温度过高,会使晶粒长大,强度指标会偏低。低合金钢焊材的层间温度以控制在150℃±15℃为宜。
4另外每一焊道间一定要清理干净，见金属光泽。如果是不锈钢，还应注意冷却速率，注意t-800/500区间不能停留太久。 5．熔合比 熔合比是指在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。熔合比对焊缝性能的影响与焊接材料和母材的化学成分有关。当焊接材料与母材的化学成分基本相近且熔池保护良好时，熔合比对焊缝的熔合区的性能没有明显的影响。当焊接材料与母材的化学成分不同时，如碳、合金元素和硫、磷等杂质元素的含量不同，那么，在焊缝中紧邻熔合区的部位化学成分变化比较大，变化的幅度与焊接材料同母材间化学成分的差异及熔合比有关。化学成分相差越大，熔合比越大，则变化幅度也越大，不均匀程度及其范围也增加，从而使该区组织变得较为复杂，在一定条件下还会出现不利的组织带，导致性能大大下降。 在生产实践中，为了调节熔合比的大小，除了调节焊接线能量及其他工艺参数（如焊件预热温度、焊条直径等）以外，调节焊接坡口的大小，对熔合比有较大的影响。因为不开坡口，熔合比最大；坡口越大，熔合比就越小。 6．焊接工艺方法 在选择焊接工艺方法时，应根据其对焊接接头组织和性能的影响，结合其他要求综合考虑。 7．焊后热处理 （1）消氢处理消氢处理主要是为了加速氢的扩散逸出，防止产生延迟裂纹。其加热温度很低，不会使焊接接头的组织和性能发生变化。
焊料性质对焊接的影响 1.前言 目前各种形式的合金焊料，其最权威的国际规范为J-STD-006。此文献之最新版本为1996.6的Amendment 1，由于资料很新，故早已取代了先前甚为知名的美国联邦规范QQ-S-571。IPC还有一份重要的焊接手册IPC-HDBK-001其中之4. 1，曾定义“熔点”在430℃以下为“软焊”(Soldering)，也就是锡焊。另熔点在430℃以上称为“硬焊”（Brazing），系含银之高温高强度焊接。早期欧美业界，亦称熔点600℉（315℃）以下者为软质焊锡，800℉（427℃）以上者为硬质焊锡。原文Solder定义为锡铅含金之焊料，故中译从金旁为“焊锡”，而利用高热能进行熔焊之Soldering（注意此一特定之单字，并非只加ing而已），则另从火旁用字眼的“焊接”，两者涵义并不完全相同。 2.共熔(晶)焊锡 焊锡焊料（Solder）主要成分为锡与铅，其它少量成分尚有银、铋、铟等，各有不同的熔点（M.P.），但其主要二元合金中以Sn63/Pb37之183℃为最低，由于其液化熔点（Liquidus Point）与固化熔点（Solidus Point）的往返过程中，均无过渡期间的浆态（pasty）出现，也就是已将较高的“液化熔点”与较低的“固化熔点”两者合而为一，故称为“共熔合金”。且因其粗大结晶内同时出现锡铅两种元素，于是又称为“共晶合金”。此种无杂质合金外表很光亮之“共熔组成”（Eute ctic Composition）或“共熔焊锡”（Eutectic Solder），其固化后之组织非常均匀，几无粒子出现。其合金比例之不同将影响到熔点变化，该变化之“平衡相图（Ph ase Diagram）”，图请参考第12期TPCA会刊。 另一种组成接近共熔点的Sn60/Pb40合金，则在电子业界中用途更广，主要原因是Sn较贵，在焊锡性（Solderability）与焊点强度（Joint Strength）几无差异下，减少了3﹪的支出，自然有利于成本的降低。与前者真正共熔合金比较时，此60/40者必须经历少许浆态，故其固化时间稍长，外观也较不亮，但其焊点强度并无不同。不过后者若于其固化过程中受到外力震动时，将出现外表颗粒粗麻之“扰焊”现象（Disturbed）之焊点，甚至还可能发生“缩锡”（Dewetting）之不良情形。
回流焊工艺调试管理规程拟制日期 审核日期 批准日期
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目录 1 目的 (4) 2 适用范围 (4) 3 定义----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 4 职责---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 5 内容 (4) 5.1 回流炉回流曲线，红胶固化曲线工艺窗口定义 ------------------------------------------------------------------------------------4 5.2回流炉程序命名规则 (6) 5.3回流炉程序制作及优化 (6) 5.4回流炉程序的使用 (7) 5.5 回流炉温度的测试-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8 5.6回流曲线的保存 (8) 6 注意事项 (8) 7 参考文档 (9) 8 补充说明 (9) 附回流炉标准程序参数设置表： (9)
焊锡的定义： 一般来说，焊锡是由锡（融点232度）和铅（熔点327度）组成的合金。 其中由锡63％和铅37％组成的焊锡被称为共晶焊锡，这种焊锡的熔点是183度。 当锡的含量高于63%,溶化温度升高,强度降低.当锡的含量少于10%时,焊接强度差,接头发脆, 焊料润滑能力变差.最理想的是共晶焊锡.在共晶温度下,焊锡由固体直接变成液体,无需经过 半液体状态.共晶焊锡的熔化温度比非共晶焊锡的低,这样就减少了被焊接的元件受损坏的机 会.同时由于共晶焊锡由液体直接变成固体,也减少了虚焊现象.所以共晶焊锡应用得非常的 广泛. 常用的焊锡是锡铅合金焊锡： 纯锡Sn(Stan-num)为银白色，有光泽，富有延展性，在空气中不易氧化，它的熔点为232℃。锡能与大多数金属熔融而形成合金。但纯锡的材料呈脆性，为了增加焊料的柔韧性 和降低焊料的熔点，必须用另一种金属与锡融合，以缓和锡的性能。 纯铅Pb(Plum-bum)为青灰色，质软而重，有延展性，容易氧化，有毒性，纯铅的熔点为327℃。 当锡和铅按比例融合后，构成锡铅合金焊料，此时，它的熔点变低，使用方便，并能与大多 数金属结合。 焊锡的熔点会随着锡铅比例的不同而变化，锡铅合金的熔点低于任何其它合金的熔点。优质 的焊锡它的锡铅比例是按63%的锡和37%的铅配比的，这种比例的焊锡，其熔点为183℃。 有些质量较差的焊锡熔点较高，而且凝固后焊点粗糙呈糠渣状，这是由于焊锡中铅含量过高 所致。 合金成份熔点℃松香含量％用途 Sn63/Pb37 183 1.0-3.0 熔点最低,抗拉强度与剪切强度高,润湿好,适用于高档电子产品或高要求的电 子﹑电气工业使用。 Sn60/Pb40 183-190 Sn55/Pb45 183-203 一般电子﹑电气﹑玩具行业使用。 Sn50/Pb50 183-216 Sn45/Pb55 183-227 使用于制罐业﹑汽车制造业﹑保险丝及要求不高的焊接场所或作其它用途。 Sn40/Pb60 183-238 Sn35/Pb65 183-247 Sn30/Pb70 183-255 无铅选择：锡/银/铜/铋系统 锡/银/铜/铋的最佳化学成分，从SMT制造的观点来看，是很有用的，特别是因为它提供较低的回流温度，这是需要的关键 所在。 最佳化学成分 在锡/银/铜/铋系统中的三个元素都会影响所得合金的熔点1,2。目标是要减少所要求的回流温度；找出在这个四元系统中每个元素的最佳配剂，同时将机械性能维持在所希望的水平上，这是难以致信的复杂追求，也是科学上吸引人的地方。 以下是在实际配剂范围内一些有趣的发现(所有配剂都以重量百分比表示)： 熔化温度随着铜的增加而下降，在0.5%时达到最小。超过0.5%的铜，熔化温度几乎保持不变。
化学镀镍金层可焊性的影响因素 (长春工业大学化工学院 130012)史筱超崔艳娜贺岩峰 (复旦大学化学系200433)郁祖湛 摘要我们将国内外报道化学镀镍金的部分最新研究成果，同我们实验室的实践相结合，对造成化学镀镍金可焊性差的多种因素作一简要介绍。本文总结了影响化学镀镍金可焊性的复杂因素如：前处理的影响、化学镀镍过程的影响、浸金的影响、浸金后水洗的影响、焊料的影响。 关键词化学镀镍浸金可焊性 Factors Influencing the Solderability of Electro Less Nickel and Immersion Gold LayerShi Xiaochao Cui Yanna He Yanfeng Yu ZuzhanAbstract Based on the domestic and foreign reports，we combine part ofthe newest research achievements withour laboratory practice．Factors influencing the solder ability ofelectro less nickel and immersion gold layer were brieflyintroduced．This paper servers as a summary review of the complex factors such as the prepare，the process of electroless nickel，im ersion gold，the rinse after im ersion gold，the solde~Key words electro less nickel immersion gold solderabilit 引言 化学镀镍浸金过程有时简称化学镀镍金(Electroless Nickel and Immersion Gold；EN／IG)。自1 996年 以来，在国内外得到迅速推广，这得益于EN／IG工艺本身所具有的种种优点。化学镀镍金板镍金层的分散性 好，有良好的焊接及可多次焊接性能、能兼容各种助焊剂，同时又是一种极好的铜面保护层。因此，它与热 风整平、有机可焊性保焊膜等PCB表面处理工艺相比，化学镀镍金镀层可满足更多种组装要求，并且其板面平 整、SMD焊盘平坦，适合于细密线路。化学镀镍金印制板可广泛用于移动电话、计算机、笔记本电脑、电子词 典等诸多电子产品。此工艺属于无铅可焊性镀层。据TMRC调查指出，EN／IG在1996年只占PCB表面处理的2％， 而到2000年时已增长到14％[1】。随着这些行业持久、迅猛的发展，EN／IG工艺将会得到更多的应用和发展 机会。但是，EN／IG工艺应用于印制板时经常受到黑盘、个别焊点不牢、发生脆裂、可焊性差的困扰。并且 有时只有当器件焊接到电路板上之后，才能发现这种现象，这给工业生产造成了损失。这种状况已引起了科 研人员的广泛关注，并进行了多方面试验研究。本文将就报导的部分最新研究成果结合我们实验室的实践， 对造成EN／IG可焊性差的多种因素作一简要介绍。 1 前处理对可焊性的影响 1．1 微蚀过程的影响 根据George Mila化学镍层的表面形态有直接的影响，从而间接影响到可焊性。微蚀液的浓度、温度和停留时 间，都应严格控制。避免产品微蚀后因在空气中停留时间过长而氧化，对钯的活化造成不良后果。 1．2 活化过程的影响 尽管钌已经成为一种有效的活化剂，但常用的还是钯活化剂。钯活化剂可活化铜印制电路板，以确保沉积上 一层完整的、均匀的钯催化剂层，然后在其表面直接镀化学镀镍层。如有些区域未被活化，则沉积不上钯催 化剂，也就镀不上镍层，影响最终可焊性。 2 化学镀镍过程的影响 化学镀镍沉积在金属表面，形成均匀的镀层。镀镍层具有结晶细致(有时是非晶态结构)、表面平整、厚度分 布均匀等特点。化学镀镍金工艺中，焊接性能是通过镍层来体现的，金层主要为了保护镍层防止氧化。因此，
无铅焊料的研究进展 姓名：张明康 学号：201130410367 学院: 材料科学与工程 专业：金属材料科学与工程
摘要 随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高，电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求，本文综述了无铅焊料的研究现状，存在的问题，并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。 关键词：无铅焊料，电子封装，稀土 ABSTRACT With the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder. Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth 1 前言 长期以来，铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性，成为低温含量中最主要的焊料系列。但是由于所含铅的比例较高，给环境带来了严重的污染，近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注，铅的污染越来越受到人们的重视。欧盟RoHS及WEEE法令的颁布，严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了较大的发展，但仍存在着许多问题。 2 无铅焊料的研究现状
回流焊接工艺参数设置与调制规范
1． 初始参数设定流程图 1.1、测温板制作 依照《SMT PROFILE 标准参数测量规范》制作测温板制作。 1.2、温度设定 a 、 以锡膏厂商提供的资料制定《焊锡膏（贴片胶）对应炉温要求》参数表， 依 此表设定温度，（见附表一） b 、以产品特性、PCB 材质与厚度、组件分布密度及吸热量设定温度， c 、考虑客户是否有特殊要求 最佳的有铅锡膏回焊曲线温度: (peak temp) 215℃±5℃ 开 制作测温板 设定参数 确定最高/低峰值温度 温度测试 PCB 裸板或PCBA 板 结束 是否有热敏器件 调试参数并测试 NG
0 1.)最高温度145℃. 2.)125℃~145℃时间 T:105~210S. 3.)用同一机种基板上体积最大(即吸热最严重)的组件引脚或CHIP焊盘 作为炉温测试点. 最佳的无铅锡膏回焊曲线温度 250 250 60 少于3℃ 1.)升温阶段：升温速率应低于3℃/Sec。 2.)最高温度不得低于230℃,最高温度不得高于250℃。 3.)预热段温度:30℃至150℃的时间： 60-90Sec; 4.)恒温段温度:150℃至217℃的时间：60 —120Sec; 目标：90_100sec 5.)回流段温度:大于217℃以上的时间：60 —90Sec;目标：70sec 峰值 温度: 230-245℃。 6).冷却速率3℃/Sec左右。 1．作用和特性 焊料（60％）的锡和40％的铅）镀层应具有双重目的。它既用来作为金属抗蚀层，也用来作为以后要焊接元、器件的可焊性基体。因为这种镀出的合金近于锡/铅的低共熔点（63的锡/37的铅，熔点为367℉）；因此它是很容易热熔的，这就使得它很可焊。大多数PCB制造厂商，要电镀金属化孔。当为了保证焊接一致而要求合金成分不变时，就采用焊料镀层。美国军用技术规范"MIL-P-81728，电镀锡-铅"指出： 除非另有规定，电子元、器件（PCB，尤其是那些用金属化孔互连的、接线柱和空心铆钉的）用的锡/铅镀层的厚度，当以至少相隔0.1 英寸的四点测量时，平均最小厚度应为0.0003英寸（0.3毫英寸） MIL-STD-202的方法208叙述了一个用来确定镀层可焊性的机理。要得到认可，测试时，镀层应很容易和完全被焊料所覆盖。 电镀锡铅金一般采用氟硼酸盐镀液，这与镀液具有的成份简单、阴极和阳极电流效率高，可以获得含锡、铅为任何比例的合金镀层有关。 锡铅合金电镀镀液主要由氟硼酸锡、氟硼酸铅、氟硼酸和添加剂所组成。金属的氟硼酸盐可以买到浓液，然后再用水稀释到所要求的金属含量。下表列出了可以买到的浓缩液的金属含量，配成镀液的各种含量列在下表中，其中有金属化孔电镀用的高分散性镀液配方。 1）镀液各组分的作用：氟硼酸亚锡和氟硼酸铅是金属的来源。镀液金属组分的变化，将会影响合金淀积层的成分。 锡和铅金属浓液的组成 焊料（60%Sn，40%Pb）电镀槽液的技术规范 配制100加仑标准槽液 先在热水中溶解硼酸，再加到镀槽中。在冷水中先使胨溶胀，然后将水加热，同时强力搅拌。应先将氟硼酸加到水中，然后再加入硼酸和金属盐浓液。 标准槽液的组成 配制高分散性槽液配方 操作条件 1什么叫焊接性？其影响因素有哪些？ 答：焊接性是指同质或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力 影响因素：影响焊接性的四大因素是材料，设计，工艺及服役环境。 2焊接性直接试验方法有哪些？间接试验方法有哪些？ 答：直接实验方法：焊接冷裂纹实验方法，焊接热裂纹实验方法，焊接消除应力裂纹实验方法，层状撕裂实验方法。 间接实验方法：碳当量法，焊接冷裂纹敏感指数法，热裂纹敏感性指数法，消除应力裂纹敏感性指数法，层状撕裂敏感性指数法，焊接热影响区最高硬度法。 3如何利用插销试验来确定某种低合金高强钢所需要的预热温度？ 答：按插销试验方法的要求制备若干试样，设置一系列温度梯度的预热温度，按选定的焊接方法和严格控制的工艺参数，在底板上熔敷一层堆焊道，焊道中心线通过试棒的中心，其熔深应使缺口尖端位于热影响区的粗晶区，焊道长度约为100~150mm，焊前预热时，应在高于预热温度50~70度时加载，载荷保持至少24h才可卸载，用金相或氧化等方法检测缺口根部是否存在断裂，经多次改变载荷，可求出在试验条件下不出现断裂的临界应力σcr,满足σcr>σs条件所对应的最低温度及即为所需预热温度 Q345（16Mn）与Q390（15MnTi）的强化机制有何不同？二者过热区的脆化机制有何不同？焊接线能量的影响有何不同？ 答：1 Q345（16Mn）属于热轧钢，是在Wc<0.2%的基础上通过Mn.Si等合金元素的固溶强化作用来保证钢的强度，Q390（15MnTi）属于正火钢，是在Q345基础上加入一些沉淀强化的合金元素如V.Ti等强碳化物，氮化物形成元素以达到沉淀强化和细化晶粒的作用来达到良好的综合性能2 Q345过热区的脆化主要是由于晶粒长大，出现魏氏组织而降低韧性，或粗晶区中马氏体组织所占的比例增大而降低韧性，Q390是由于出现粗大晶粒及上贝氏体，M-A组元等，导致粗晶区韧性降低3对于Q345，线能量太大出现粗晶脆化，太小出现组织脆化，焊接线能量要适中，因Q345含碳量很小，故焊接线能量的选择可适当放宽，可用较小的线能量，对于Q390，为了避免焊接中由于沉淀析出相的溶入以及晶粒过热引起的热影响区脆化，焊接线能量应偏小一些 3中碳调质钢在调质态焊接与在退火态焊接的工艺方案有哪些差别？ 答：1退火态焊接的主要问题是裂纹问题，调质态为防止焊接裂纹和避免热影响软化及HAZ 的脆化，硬化2退火态焊接HAZ和焊缝区的性能通过焊后的调质处理来保证，调质态后不调质处理，HAZ和焊缝区的性能通过焊接工艺及焊材保证3退火态焊接时，焊接方法的选择几乎没有限制，常用焊接方法都能采用，调质态焊接时为减少HAZ的软化，应采用热量集中，能量密度高的方法，焊接热输入越小越好4选择焊接材料时，退火除要求保证不产生冷裂纹外，还要求焊缝金属的调质处理规范应与母材一致，主要合金组成应当与母材相似，对引起焊缝热裂纹倾向和促使金属脆化的元素应加以严格控制，而调质态焊缝金属可与母材有区别，可采用塑韧性较好的奥氏体铬钢焊条或镍或镍基焊条5退火态可采用较高的预热温度和层间温度，焊后及时进行中间热处理，调质态为消除热影响区的淬硬组织和防止延迟裂纹的产生，必须适当采用预热。层间温度控制，中间热处理焊后及时进行回火处理，以上温度应比母材淬火后的回火温度至少低50度 4通过本章学习，归纳在确定钢材是否需要焊后热处理以及确定焊后热处理温度时，应考虑哪些问题？ 答：1焊后回火温度不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材性能2对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的区间3为保证材料的强度性能，焊后热处理温度必须比母材回火温度低4若焊后不得及时进行热处理，应进行保温或中间热处理PCB电镀焊料(锡铅合金)工艺介绍
武汉理工大学2011级《材料焊接性》复习资料
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