一、焊接的含義
焊接是利用比被焊接金屬熔點(diǎn)低的材料,與被焊接金屬一同加熱,在被焊接金屬不熔化的條件下,熔融焊料潤(rùn)濕金屬表面,并在接觸面上形成合金層,從而達(dá)到牢固的連接的過(guò)程。
在焊接過(guò)程中,為什么焊料能潤(rùn)濕被焊金屬?怎么樣才能得到可靠的連接?通過(guò)對(duì)焊接原理的分析,可以得到初步的了解。
一個(gè)焊點(diǎn)的形成要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的變化:1、熔融焊料在被焊金屬表面的潤(rùn)濕階段;2、熔融焊料在被焊金屬表面的擴(kuò)展階段;3、熔融焊料通過(guò)毛細(xì)管作用滲透焊縫,與被焊金屬在接觸面上形成合金層。其中,潤(rùn)濕是最重要的階段,沒(méi)有潤(rùn)濕,焊接無(wú)法進(jìn)行。
二、焊接的潤(rùn)濕作用
任何液體和固體接觸時(shí),都會(huì)產(chǎn)生程度不同的潤(rùn)濕現(xiàn)象。焊接時(shí),熔融焊料(液體)會(huì)程度不同地黏附在各種金屬表面,并能進(jìn)行不同程度的擴(kuò)展,這種粘附就是濕潤(rùn)。潤(rùn)濕得越牢,擴(kuò)展面越大,潤(rùn)濕得越好,反之,潤(rùn)濕性不好或根本不濕潤(rùn)。
為什么會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)濕程度的差異,其原因是液體分之(熔融焊料)與固體分子(被焊金屬)之間的相互引力(粘結(jié)力)大于或小于液體分子之間的相互引力(表面張力)決定的,即:
粘結(jié)力>表面張力,則濕潤(rùn);
粘結(jié)力<表面張力,則不濕潤(rùn)。
根據(jù)上述原理,焊接時(shí)降低熔融焊料的表面張力,可提高焊料對(duì)被焊金屬的潤(rùn)濕能力。而降低焊料表面張力的最有效手段是:焊接時(shí)使用焊劑。
為了使焊料能迅速濕潤(rùn)被焊金屬,必須達(dá)到金屬間的直接接觸,也就是說(shuō)焊料和被焊金屬接觸面必須干凈,任何污染都會(huì)妨礙潤(rùn)濕和金屬化合物生成。因此,保持清潔的接觸表面是潤(rùn)濕必須具備的條件。但是金屬表面總是存在氧化物、油污等,因此焊接前對(duì)被焊金屬表面都要進(jìn)行清潔處理。
三、焊點(diǎn)的形成
3.1焊點(diǎn)形成的作用力
???一個(gè)焊點(diǎn)形成是多種作用力綜合作用的結(jié)果。在一塊清潔的銅板上涂上一層焊劑,并在上面放置一定的焊料,然后將銅板加熱到規(guī)定的溫度,焊料熔化后就形成了下圖的形狀。
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(圖3-2)中可以看出,通過(guò)接觸角的大小,可以衡量焊料對(duì)被焊金屬潤(rùn)濕性能的好壞,如圖3·3所示。
當(dāng)θ<90°時(shí)COSθ?>0 ,濕潤(rùn)
當(dāng)θ>90°時(shí)COSθ?<0 ,不濕潤(rùn)
當(dāng)θ→0°時(shí)COSθ→1 ,完全濕潤(rùn)
當(dāng)θ→180°時(shí)COSθ→-1 ,完全不濕潤(rùn)
一般來(lái)說(shuō),θ=20°~30°,為良好的潤(rùn)濕,是合格的焊點(diǎn)。
從以上可以看出,焊點(diǎn)形成的優(yōu)劣取決于焊料和焊劑的性能,以及被焊金屬的表面狀態(tài),同時(shí)也取決于焊接工藝條件和操作方法。
3.2 焊點(diǎn)(合金層)的形成——金屬間擴(kuò)散作用
?????熔融材料潤(rùn)濕被焊金屬時(shí),會(huì)產(chǎn)生金屬間的擴(kuò)散,從而在金屬接觸面上形成合金層,達(dá)到焊接的最終目的。
?????任何金屬內(nèi)部都不是完全致密的,在晶格內(nèi)部或晶格界面上總存在一定數(shù)量的間隙或空穴。在正常情況下,金屬原子在晶格中都可以以其平衡位置為中心進(jìn)行不停的熱運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)隨溫度的增高,其頻率和能量也逐步增高,當(dāng)達(dá)到足夠的能量和溫度時(shí),某些原子會(huì)克服周?chē)訉?duì)它的束縛,脫離原來(lái)占據(jù)的位置,這種現(xiàn)象就是擴(kuò)散。如進(jìn)行銅和銅合金焊接時(shí),在一定的工藝條件下,焊料中的錫原子和被焊金屬銅原子都會(huì)擴(kuò)散到金屬接觸面,形成銅錫合金Cu5Sn6、Cu3Sn)。
金屬間的擴(kuò)散速度和擴(kuò)散量,與溫度和時(shí)間密切相關(guān),因此,在焊接技術(shù)中,焊接溫度和焊接時(shí)間等工藝是保證焊接質(zhì)量達(dá)到可靠連接的重要條件。
另外,焊接時(shí)能否形成合金層還取決于被焊金屬與焊料之間親和力的大小有關(guān)。親和力大,則生成金屬化合物(合金層);親和力小,則生成固溶體;親和力特別小,則生成混合物。這說(shuō)明焊料潤(rùn)濕被焊金屬與被焊金屬本身特性有關(guān),在電子導(dǎo)電材料中,大多采用Cu、Au、Ag等材料和鍍層,就是為了提高焊料對(duì)被焊金屬的潤(rùn)濕能力。
四、提高焊接質(zhì)量的對(duì)策
根據(jù)以上對(duì)焊接機(jī)理的分析,我們知道電子產(chǎn)品的焊接過(guò)程是一項(xiàng)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程,焊點(diǎn)的形成是綜合作用力的結(jié)果。由此,提高焊接質(zhì)量的對(duì)策是:
- 必須保持一個(gè)清潔的接觸表面;
- 要想辦法降低焊料的表面張力;
- 要保持一定的焊接溫度和焊接時(shí)間;
- 要了解被焊金屬的表面特性。