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點零鉛電焊對新型物材細接續的燒焊性探討

2018-07-06

實驗方法先在保護性氣氛下用特制的不銹鋼坩堝熔煉Sn-Ag-Cu共晶合金,然后采用材料改性方法制得Sn-Ag-Cu改性焊料。高溫下無鉛焊料的釬焊性采用潤濕稱量法可焊性測試儀進行測試。測試時將一端浸有助焊劑的銅引線懸掛在高靈敏度的平衡器上,使引線以一定速率浸入到熔融焊料內的預定深度,作用于引線上的合力通過傳感器測定,并轉換成電信號由計算機處理后打印輸出?! ‘斠€浸入熔融焊料時,引線、焊料和氣相構成一個三相體系,達到平衡時,滿足Yung's方程[10]:σs-g=σs-l+σl-gcosθ(1)式中θ為接觸角,σs-g、σs-l、σl-g分別為固/氣、固/液、液/氣相之間的面張力?! ≡谝€的垂直方向上所受到的合力為:F合=σl-gLcosθ-ρVg(2)式中:L為引線橫截面的周長;ρ為焊料的密度;V為引線浸入部分的體積;g為重力加速度;σl-gLcosθ是熔融焊料對銅面的潤濕力;ρVg是引線浸入焊料中產生的浮力?! 〗Y果分析與討論焊料制備工藝對釬焊性的影響1比較了240℃溫度下焊料在改性前后對銅引線的3s潤濕力F3的變化??梢钥闯?,不論助焊劑活性程度高低,采用改性工藝均可使3s潤濕力F3增大。這是因為改性工藝不僅有效凈化了焊料中對潤濕行為有害的微量雜質元素,而且在合金中加入了微量活性劑,使焊料熔化以后其面獲得改性的緣故?! ∵M一步明,在銅引線浸入熔融焊料的2~5s內,改性焊料的潤濕力均比改性前高,并且它們都隨浸漬時間的延長而逐漸降低,說明隨時間的推移,熔融焊料與銅的界面產生了“失潤現象”。根據原子間的作用,這是因為一旦液態錫原子與基體金屬面接觸就會生成金屬間化合物Cu6Sn5,對Sn、Cu原子的進一步反應產生了阻礙作用?! ≈竸︹F焊性的影響試驗比較了松香-乙醇或異丙醇溶液助焊劑、市售免清洗助焊劑及水溶性非腐蝕助焊劑對潤濕性的影響。當用市售免清洗助焊劑、水溶性非腐蝕助焊劑以及純松香-乙醇或異丙醇溶液助焊劑時,Sn-Ag-Cu改性焊料對銅引線的潤濕較差,而當在松香-乙醇或異丙醇溶液中添加適量鹵素時,其潤濕會顯著增強?! 〗o出了在240℃溫度下,改性Sn-Ag-Cu焊料對銅引線的潤濕開始時間t0和3s潤濕力F3隨助焊劑中鹵素含量的變化關系。從3可見,液態焊料對銅的潤濕隨鹵素含量的增加而改善,當鹵素含量大于松香質量的0.4%時或助焊劑溶液質量的0.1%時,其潤濕速率和潤濕力幾乎不再發生變化,此時熔融焊料對基體的潤濕速率比加入活性劑前約提高5倍,潤濕力提高近1.5倍?! 臒崃W角度分析,當助焊劑中未加入鹵素離子時,其吉布斯函變△G>0,使潤濕不能自動進行,在中潤濕開始時間t0現為無窮大,F3現為斥力;當在助焊劑中加入一定量的鹵離子時,其吉布斯函變△G<0,這時潤濕便能自發進行。顯然,在鹵素含量小于松香質量的0.4%或助焊劑溶液質量的0.1%范圍內,鹵離子含量越大,△G就越負,在中則現出t0降低,F3升高?! ∥⒘刻砑觿u素能顯著增強潤濕的原因,是由于鹵離子是一種優良的面活性劑。它不僅能顯著降低高溫下液態焊料的面張力,而且還能改變金屬面氧化物被還原或被分解的歷程,從而降低了反應的活化能,并顯著拉近了液態焊料原子與固態基體面原子的距離,使固-液相之間的界面潤濕作用增強?! 〗Y論采用材料改性工藝制備的無鉛焊料能明顯改善其對電子微連接時的釬焊性。松香-乙醇或異丙醇溶液是Sn-3.5Ag0.6Cu無鉛釬料的優良的助焊劑,但須添加適量的鹵素作活性劑。當添加的鹵素含量為松香質量的0.4%或助焊劑溶液質量的0.1%時,可使電子微連接的潤濕速率提高5倍,使潤濕力提高1.5倍。

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