第一章钎焊接头的构成过程

表1 常见气体粒子的电离电压
气体粒子
H He
电离电压 /V
13.5 24.5（54.2）
气体粒子
W H2
电离电压 /V
8.0 15.4
C
N O
11.3（24.4，48，65.4）
14.5（29.5，47，73，97） 13.5（35，55，77）
Na
O2 Cl2
15.5
12.2 13
F
Na Cl Ar K Ca
17.4（35，63，87，114）
5.1（47，50，72） 13（22.5，40，47，68） 15.7（28，41） 4.3（32，47） 6.1（12，51，67）
CO
NO OH H2O CO2 Fe
14.1
9.5 13.8 12.6 13.7 7.9（16，30）

当电弧空间同时存在电离电压不同的几种气体时，在外加能 量的作用下，电离电压较低的气体粒子将先被电离。如果这种 气体供应充足，则电弧空间的带电粒子将主要由这种气体的电 离来提供，所需要的外加能量也主要取决于这种较低的电离电 压，因而为提供电弧导电所要求的外加能量也较低。 焊接时，为提高电弧的稳定性，往往加入一些电离电压较低、 易电离的元素作为稳弧剂，也就是基于此种原因。
焊接

加热 钎 料
熔化焊
钎焊
加压
压力焊
熔化焊：

电弧焊 气 焊 铝热焊 电渣焊 根据热源来分类 电子束焊 激光焊 电阻点焊 电阻缝焊
电弧焊：

熔化极 电弧焊
非熔化极 电弧焊

手工电弧焊 埋弧焊 熔化极气体保护焊(GMAW) CO2焊 螺柱焊
钨 极 氩 弧 焊 （GTAW） 等离子弧焊

• •
但是，钎焊也有它本身的缺点：
钎焊接头强度比较低、耐热能力比较差，由于母 材与钎料成分相差较大而引起的电化学腐蚀致使耐蚀 力较差及对装配要求比较高等。
第二节
一、钎料
钎焊材料
钎焊材料是钎料和钎剂的总称。 1、对钎料的基本要求 ①合适的熔点（比母材的低几十度）； ②具有良好的润湿性； ③与母材充分发生溶解、扩散； ④成分稳定均匀； ⑤所得接头满足技术要求； ⑥具有经济性（少用稀有金属）； ⑦具有安全性（少用有毒及重金属）。
3、软钎剂 主要分为非腐蚀性钎剂和腐蚀性钎剂两大类。
• 有机软钎剂（非腐蚀性软钎剂）
水溶性类
松香（天然树脂）类
非(弱)腐蚀性软钎剂的化学活性比较弱、热稳定性尚 好，对母材几乎没有腐蚀性作用，但只有纯松香或加入 少量的机脂类的软钎剂属于非腐蚀性，而加入胺类、有 机卤化物类的软钎剂，称其为弱腐蚀性软钎更为准确。 焊后一般不清洗。 松香是最常用的非腐蚀性软钎剂。 见P215表9-3。 P215表
四川省有色冶金研究院 之无铅钎料
• • • • • • • •
AI基钎料：用于钎焊铝及铝合金 AI基钎料： Ag基钎料：综合性能优良，可以钎焊各种金属，是应用最广 Ag基钎料：
的一类硬钎料。
Cu基钎料： Cu基钎料： 铜钎料：钎焊碳钢、低合金钢。 铜锌钎料：多种钎焊方法焊多种金属。 铜磷钎料：主要用于钎焊铜和铜合金，在电机制造和制冷设
在实际生产中，绝大部分钎焊过程是毛细钎焊过程， 即钎焊时液态钎料不是单纯地沿固态母材表面铺展，而 是流入并填充接头间隙。间隙通常很小，类似毛细管。 钎料就是依靠毛细作用而在间隙内流动的。 以上结果也是指在液体与固体没有互相作用条件 下得到的。
影响钎料润湿作用的因素： ①钎料和母材成分——如二者在液态和固态下均无物 ①钎料和母材成分——如二者在液态和固态下均无物 理化学作用，则润湿作用差。如液态钎料与母材相互溶解 或形成化合物，则润湿较好。 可通过第三者的作用来改善润湿作用。 ②钎焊温度——利于润湿。太高，易使钎料流散、溶 ②钎焊温度——利于润湿。太高，易使钎料流散、溶 蚀或晶粒粗大。 ③表面氧化物——妨碍润湿。 ③表面氧化物——妨碍润湿。 ④母材表面状态——粗些好。 ④母材表面状态——粗些好。 ⑤钎剂——适当的钎剂有良好作用。 ⑤钎剂——适当的钎剂有良好作用。

• 2)钎焊性得好坏还表现在钎焊加热温度对工件 材料组织及性能得影响上。
例如,硬铝LYl2得固相线温度相当低,目前还 没有合适得钎料使其在硬钎焊时不发生过烧, 故钎焊性差。
• 3)钎焊性得又一重要标志就是钎料对它得润湿 作用。
• 多数钎料对铜、钢得润湿作用都比较好,对钼、 钨得差。前者钎焊性好,后者钎焊性差。
图6 端面密封接头
图7 管或棒与板得接头形式
图8 线接触钎焊接头
• ②接头与载荷关系问题 、
• 接头设计时应避免在载荷作用下接头处发 生应力集中,另外在受撕裂、冲击、振动等 载荷作用时也应特别注意接头设计头得合理设计或不合理设计(15)
• 塑料就是一种以高分子量合成树脂为主要成份得人 工合成材料(合成树脂就是高分子化合物,也称聚合 物。)
• 生产塑料得原料含有碳,如石油、天然气、木材、 煤、乙烷等,则它属有机化学范畴。在这些物质中 存在不饱合键,如单个分子、单体得乙烯、氯乙烯 等。这些单分子、单体得物质可以通过化学反应形 成多分子(也称大分子)多体物质,如聚乙烯(PE)、聚 氯乙烯(PVC)。由单分子结构得物质(大多为气态或 液态)转变成多分子结构得物质这一过程称为聚合 作用。
• 塑料得结构就是由链状分子构成,或称纤维 状分子。与棉花得网状纤维相类似,就是无 序卷绕状。根据分子链得构造,塑料可分热 塑性塑料、弹性塑料(合成橡胶)与热固性塑 料(图1)。
• 在实际中,人们使用得塑料不就是纯塑料,而就是添 加了些辅助材料,如稳定剂、强化剂与着色剂等。由 此获得特殊性能与降低成本。
• 4、钎焊得质量控制
• 与熔化焊得质量控制一样,钎焊得质量控制越来越被 各个国家所重视,在欧洲已经颁布了许多相关得标准 与规程,包括钎焊接头得检验,钎焊得工艺评定,钎焊 操作人员得培训及考试认证等方面,本节仅将相关标 准及规程列举如下。

• 由于分子结构不同，其材料的强度性能也 不同。
图2 热塑性塑料的构造
• 热塑性塑料温度升高时开始变软，温度降低 时恢复原有状态，等温度达到热塑性温度后， 则可以进行焊接。这就是说，纤维状分子在 力的作用下产生运动，使材料发生形变成为 可能。冷却后，热塑性塑料就凝固成新的形 状。然而，如果对他重新进行加热，则具有 重新恢复原来形状的趋势(恢复能力)。
(2)钎料与母材的相互作用。 这种作用可归为两种：
一种是固态母材向液态钎料的溶解； 另一种是液态钎料向母材的扩散。 这些相互作用对钎焊接头性能影响很大。
• 1.3钎焊方法分类 • 根据所使用的热源来命名及分类，
见表1。
• 1.4典型钎焊方法介绍 • 图2 常用钎焊方法
• 1.6钎焊接头设计 • (1)设计原则： • ①首先考虑接头强度 • ②其次还要考虑组合件的尺寸精度 • 零件的装配定位； • 钎料的安置； • 接头间隙等。
• ②选择钎料时，应考虑钎料与母材的相互作 用。
• ③选择钎料时还应考虑钎焊加热温度的影响。 • ④钎焊加热方法对钎料选择也有一定的影响。 • ⑤从经济观点出发，
• 4、钎焊的质量控制
• 与熔化焊的质量控制一样，钎焊的质量控制越来越 被各个国家所重视，在欧洲已经颁布了许多相关的
标准和规程，包括钎焊接头的检验，钎焊的工艺评
1、钎焊方法及工艺
IWE-3/1.22-23
• 1.1 钎焊
• 钎焊与熔化焊不同，它是采用液相线温度 比母材固相线温度低的金属材料作钎料， 将母材和钎料加热到钎料熔化，利用液态 钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材溶 解和扩散而实现连接母材的方法。
• 钎焊是一种用于材料连接或材料涂层的热 连接方法，在连接处是通过钎料的熔化或 接触而的扩散作用实现焊接，母材没有达 到熔化温度。

第14章 微电子连接技术概述
14.1 集成电路的封装 14.2 微电子器件的连接技术应用 14.3 电路板组装微连接技术 14.4 微电子连接无铅钎焊技术
14.1 集成电路的封装
图14-1 插装型典型封装
14.1 集成电路的封装
图14-2 贴片型集成电路典型封装
14.2 微电子器件的连接技术应用
3.压焊技术
表14-3 各种压焊在微电子器件中的应用情况
4.粘接技术
表14-4 各种粘接技术在微电子器件中的应用情况
14.2.2 梁式引线和面键合技术
1.梁式引线技术 2.面键合技术(倒装芯片连接技术)
1.梁式引线技术
图14-3 梁式引线器件的结构
1) 芯片上无论有多少引线和焊点，均可一次焊接成形，
13.3 常用材料的钎焊
13.3.1 13.3.2 13.3.3 13.3.4
钢及不锈钢的钎焊 铝及其合金的钎焊 铜及其合金的钎焊 铝和铜的钎焊
13.3.1 钢及不锈钢的钎焊
1.碳钢和低合金钢的钎焊 2.不锈钢的钎焊
1.碳钢和低合金钢的钎焊
(1)钎焊特点 钢表面形成的氧化物成分和结构会影响到其钎焊性。 (2)钎料与钎剂 软钎焊时，应用最广的是锡铅钎料。 (3)钎焊工艺 低碳钢和低合金钢可以用各种方法钎焊。
12.4.4 贵金属钎料
1.金基钎料 金与铜能形成无限固溶体，因此按不同比例可以配制成不同熔点的钎料。 金铜钎料由于蒸气压低，合金元素不易挥发，因而特别适合于电真空焊件 的钎焊。Au-17.5Ni金镍钎料是金基钎料中具有代表性的一种。它熔点合适， 蒸气压低，高温强度、塑性和抗氧化性都好，所以在国外航空工业、电子 工业中曾得到广泛的应用。但金镍钎料是稀缺昂贵的合金，目前在航空航 天领域内正在被其他钎料(如5Ag-Cu-Pd、Cu-Mn-Co等钎料)逐步取代。 2.含钯钎料 钯能完全溶于银和镍中形成无限固溶体，含钯钎料对不锈钢和高温合金的 溶蚀性小，适于钎焊薄件。含钯钎料具有良好的润湿性，甚至能润湿轻微 氧化的金属表面。

5.2 熔化焊
一、熔化焊的基本原理 ㈠熔焊焊缝的形成
5.2 熔化焊
一、熔化焊的基本原理 ㈡焊接接头的组织和性能
焊接接头：
0.焊缝区（weld metal area）
1.熔合区
2.过热区
热影 响区
3.正火区
4.部分相变区。
t
0t
A 1
2
3
GE
4Leabharlann 5S1 0 2 34 5
0.15
Wc/%
低碳钢焊接时热影响区组织变化
焊接热源： 电弧热
溶池保护： 焊剂（气、渣）
5.2 熔化焊
三、埋弧自动焊
优点： ※ 生产率高； ※ 焊接质量稳定； ※ 节省金属材料； ※ 改善了劳动条件； ※ 只能在水平位置焊接。
缺点：
1）适应性较差 ，焊前准备工 作量大；
2）焊接电流强度大，不适于 3mm以下薄板；
3）难以完成铝、钛等强氧化 性金属及合金的焊接；
5.2 熔化焊
正火区
在热影响区内相当于受到
t
正火处理的区域。（1.2-4mm）
0t
1
A
力学性能优于母材。 部分相变区
2
3
GE
4
5
S
在热影响区内发生部分相变 的区域。
1 0 2 34 5
0.15
Wc/%
力学性能较母材稍差。
低碳钢焊接时热影响区组织变化
力学性能最差的区域：熔合区和过热区
以低碳钢为例，说明焊接 过程造成金属组织和性能 的变化。如图4-6所示。受 焊接热循环的影响，焊缝 附近的母材组织或性能发 生变化的区域，叫焊接热 影响区。熔焊焊缝和母材 的交界线叫熔合线。熔合 线两侧有一个很窄的焊缝 与热影响区的过渡区，叫 熔合区。焊接接头由焊缝 区、熔合区和热影响区组 成。

27/122
1.2.3 热影响区的力学性能
图1-17 热影响区强度与塑性分布示意图
图1-18 热影响区韧性分布示意图 28/122
200
V 度H 硬
100
刻槽
1.0
2.0
至刻槽尖端距离/mm
(a) 试板及预制的刻槽缺口
(b) 硬度分布情况
图1-19 经历热应变后缺口尖端的硬度分布
29/122
（一）热影响区的强度、塑性分布特点（钢材焊接） Ø1200℃，粗晶区，硬度、强度比
KT
max1.3[]2.2 av 0.6[]
48/122
图 1-30 不同长度侧面角焊缝的应力分布
角焊缝长度越长 ，应力集中越大，中 间部位的焊缝没有得 到充分利用，而两端 部位焊缝可能会因超 载而破坏。
49/122
n当搭接两板横截面积不相等 时，应力集中程度比两板横截 面积相同的接头要严重。
基准线(实线)
箭头线
基准线(虚线) 基准线(虚线)
基准线(实线)
图1-12 焊缝尺寸符号及数据的标注原则
在焊缝符号中，基本符号和 指引线为基本要素，指引线由 箭头线和基准线组成，基准线 有一条实线和一条虚线，虚线 可以画在实线上侧或下侧。如 果焊缝和箭头线在接头的同一 侧，则将焊缝基本符号标注在 基准线的实线侧；相反，如果 焊缝和箭头线不在接头的同一 侧，则将焊缝基本符号标注在 基准线的虚线侧；标对称焊缝 及双面焊缝时，可不加虚线。 需要时，可在横线的末端加一 尾部，作其他说明之用（如焊 接方法或相同焊缝数目等）。
46/122
切应力
x
0.7
K
chx chl B shl
x B
B
最大切应力
max

而半熔化区本身就易于形成较多空位，因此，熔合线附近将是 空位密度最大的部位。 这种空位的聚合可能是熔合区延迟断裂的原因之一。
1.3 熔化焊接头的组织与性能 残余应力的形成
存在化学不均匀性，
物理性质(导热系数和膨胀系数)的不均匀性， 力学(屈服强度和弹性模量)的不均匀性，
都在熔合区引起较大的残余应力。
1.3 熔化焊接头的组织与性能 焊接热过程,焊接化学冶金,焊接物理冶金 获得良好接头的条件: 合适的热源,良好的熔池保护,焊缝填充金属



焊缝金属的组织 焊缝金属性能的控制 焊接热影响区的组织 焊接热影响区的性能 焊接热模拟技术
1.3 熔化焊接头的组织与性能
熔池凝固和焊缝固态相变
焊缝金属性能的控制 焊接热影响区的组织 性能 焊缝中的气孔和夹杂 裂纹
1.3 熔化焊接头的组织与性能 3) 浓度过冷对结晶形态的影响
① 平面结晶 产生条件：过冷度＝0，无成分过冷 特征：平面晶（G正温度梯度很大时） 平面结晶形态发生在结晶前沿没有浓度过冷的情 况下。
只有通过固相不断散热而使界面前沿熔体温度进一步降低，晶 体才能得以生长，而界面本身则始终处于(T0-ΔTk)的等温状态 下。这种界面生长方式称为平面生长（planar growth）。生 长中，每个晶体逆着热流平行向内伸展成一个个柱状晶，
1.3 熔化焊接头的组织与性能 凝固过渡层的形成 由于凝固过程中母材与焊条熔敷金属未能很好混合而形成未混合 区(或不完全混合区)，焊后可以立即发现。 这是一种表现化学不均匀性的过渡层，由于与凝固过程有关，称 为“凝固过渡层”。
1.3 熔化焊接头的组织与性能 碳迁移过渡层的形成 是α类钢(体心立方的珠光体 钢)与γ类钢(面心立方的奥氏 体钢)焊接时出现的一种熔合 区碳迁移现象。

钎焊工艺简介
2017年4月15日
精选2021版课件
1
目录
一、钎焊的基本概念及特征
二、 钎焊方法的分类
三、钎焊的生产过程
四、钎焊接头设计
五、钎焊接头的定位及钎料放置
精选2021版课件
2
一、钎焊的基本概念及特征
• 钎焊定义： 借助于比母材熔点低的液态钎料填满固态母
材间的间隙，并相互扩散形成结合的一类连接材料 的方法。 • 钎焊特征： • （1）钎料熔点低于母材，钎焊时母材不熔化； • （2）钎料与母材的成分有很大差别；
精选2021版课件
16
4、钎焊接头间隙的确定
钎缝间隙值的确定原则
１.钎料对母材润湿性越好，间隙越 小； ２.钎料与母材作用强烈必须增大间 隙； ３.钎料的流动性好时，间隙小； ４.钎料中含有高蒸气压组元时，间 隙大；
５.去膜过程对间隙值的选取有很大
的影响,如右图12所示,采用气体介
质去膜时采用小间隙；
１）不应该把接头布置在焊件上有形状或截面发生急剧变化的部位，以避免应力集中； 不宜安排在刚度过大的地方，防止在接头中形成很大的内应力。 ２）异种材料热膨胀系数相差悬殊时，考虑采用适当的补偿垫片。 ３）钎焊不同厚度材料的时候，有时要考虑局部加厚薄件的接头部位。 ４）不应把填缝钎料在钎缝外围形成的圆弧形钎角作为一种消除应力集中的办法。由于 钎角大小不易控制，难免生成铸造组织，甚至出现溶蚀和缩孔。 ５）对于要求承压密封的钎焊接头，尽量考虑使用搭接接头。 ６）在一些特殊情况下，要考虑在接头上开工艺孔，如:钎料以箔状放入间隙中使用， 而钎焊面积较大且长宽比不大时。
高于800℃为高温钎焊；550～800℃为中温钎焊；低于
500℃为低温钎焊。
3）按热源种类分