焊接原理与焊点可靠性分析学习教案

1、会计学1焊接原理与焊点焊接原理与焊点(hn din)可靠性分析可靠性分析第一页，共40页。第1页/共39页第二页，共40页。 熔焊焊接种类(zhngli) 压焊 钎焊钎焊钎焊(qin (qin hn)hn)压焊压焊熔焊熔焊超声压焊超声压焊金丝球焊金丝球焊激光焊激光焊第2页/共39页第三页，共40页。第3页/共39页第四页，共40页。第4页/共39页第五页，共40页。第5页/共39页第六页，共40页。第6页/共39页第七页，共40页。第7页/共39页第八页，共40页。 当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的当焊料被加热到熔点以上，焊接金属表面在助焊剂的活化作用下，对金属表面的氧化层和污染

2、物起到清洗作用，活化作用下，对金属表面的氧化层和污染物起到清洗作用，同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊同时使金属表面获得足够的激活能。熔融的焊料在经过助焊剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、溶解、冶金结合剂净化的金属表面上进行浸润、发生扩散、溶解、冶金结合，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝，在焊料和被焊接金属表面之间生成金属间结合层（焊缝(hn fn)），冷却后使焊料凝固，形成焊点。焊点的抗拉），冷却后使焊料凝固，形成焊点。焊点的抗拉强度与金属间结合层的结构和厚度有关。强度与金属间结合层的结构和厚度有关。二二. 锡焊机理锡焊机理(j l)第8页/共39页第九

3、页，共40页。表面表面(biomin)清洁清洁焊件加热焊件加热(ji r)熔锡润湿熔锡润湿扩散结合层扩散结合层冷却后形成焊点冷却后形成焊点润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解润湿、黏度、毛细管现象、热传导、扩散、溶解第9页/共39页第十页，共40页。第10页/共39页第十一页，共40页。第11页/共39页第十二页，共40页。第12页/共39页第十三页，共40页。焊点的最佳焊点的最佳(zu ji)润湿角润湿角 Cu-Pb/Sn 1545 当当=0时，完全时，完全(wnqun)润湿；当润湿；当=180时，完全时，完全(wnqun)不润湿；不润湿；=焊料和母材之间的界面焊料和母材之间的界面 与

4、焊料表面切线之间的夹角与焊料表面切线之间的夹角分子运动分子运动（1 1）润湿）润湿液体在固体表面漫流的物理现象液体在固体表面漫流的物理现象润湿是物质固有的性质润湿是物质固有的性质第13页/共39页第十四页，共40页。分子运动分子运动润湿润湿(rn sh)条条件件第14页/共39页第十五页，共40页。分子运动分子运动表面张力表面张力(biominzhngl)大气大气(dq(dq)大气大气液体内部分子受力合力液体内部分子受力合力=0=0液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力液体表面分子受液体内分子的引力大气分子引力第15页/共39页第十六页，共40页。分子运动分子运动表面张力表面张力(biom

5、inzhngl)与润湿力与润湿力第16页/共39页第十七页，共40页。分子运动分子运动表面张力表面张力(biominzhngl)在焊接在焊接中的作用中的作用第17页/共39页第十八页，共40页。SMDSMD波峰焊时表面张力造成波峰焊时表面张力造成(zo chn)(zo chn)阴影效应阴影效应第18页/共39页第十九页，共40页。配比（配比（W%）表面张力表面张力(N/cm)粘度（粘度（mPas)SnPb20804.6710-32.7230704.710-32.4550504.7610-32.1963374.910-31.9780205.1410-31.92锡铅合金配比与表面张力及粘度锡铅合金

6、配比与表面张力及粘度(zhn d)的关系（的关系（280测试）测试）粘度粘度(zhn d)与与表面张力表面张力第19页/共39页第二十页，共40页。分子运动分子运动焊接焊接(hnji)中降低表面张力和黏度的措中降低表面张力和黏度的措施施 表 mn/m 粘 面 度 张 540 力 520 500 T（） 480 10 20 30 40 50 Pb含量% 温度(wnd)对黏度的影响 250时Pb含量与表面张力的关系 第20页/共39页第二十一页，共40页。第21页/共39页第二十二页，共40页。 金属原子以结晶排列，原子间作金属原子以结晶排列，原子间作用力平衡，保持晶格的形状和稳定。用力平衡，保持

7、晶格的形状和稳定。 当金属与金属接触时，界面上晶格当金属与金属接触时，界面上晶格紊乱导致紊乱导致(dozh)部分原子从一个晶部分原子从一个晶格点阵移动到另一个晶格点阵。格点阵移动到另一个晶格点阵。扩散条件：相互距离（金属表面清洁，无氧化层和其它杂质，扩散条件：相互距离（金属表面清洁，无氧化层和其它杂质， 两块金属原子间才会发生引力两块金属原子间才会发生引力(ynl)） 温度（在一定温度下金属分子才具有动能）温度（在一定温度下金属分子才具有动能）四种扩散形式：四种扩散形式：表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散。表面扩散；晶内扩散；晶界扩散；选择扩散。第22页/共39页第二十三页，共40页。Pb

8、表面表面(biomin)扩散扩散向晶粒内扩散向晶粒内扩散(kusn)分割分割(fng)晶粒扩散晶粒扩散选择扩散选择扩散晶粒晶粒第23页/共39页第二十四页，共40页。第24页/共39页第二十五页，共40页。 金属(jnsh)间结合层 Cu3Sn和Cu6Sn5金属金属(jnsh)间间结合层结合层Cu3Sn和和Cu6Sn5放大放大(fngd)1,000倍的倍的QFP引脚焊点横截面图引脚焊点横截面图以以63Sn/37Pb焊料为例，焊料为例，共晶点为共晶点为183 焊接后（焊接后（210-230）生成金属间结合层：生成金属间结合层：第25页/共39页第二十六页，共40页。三三. 焊点焊点(hn din

9、)可可靠性分析靠性分析 影响焊点强度的主要因素：影响焊点强度的主要因素：（1）金属间合金层（金属间结合层）质量与厚度）金属间合金层（金属间结合层）质量与厚度（2）焊接材料）焊接材料(cilio)的质量的质量（3）焊料量）焊料量第26页/共39页第二十七页，共40页。（1）金属间合金）金属间合金(hjn)层（金属间结合层）质量层（金属间结合层）质量与厚度与厚度第27页/共39页第二十八页，共40页。PbCu焊端表面焊端表面(biomin)CuCu3第28页/共39页第二十九页，共40页。第29页/共39页第三十页，共40页。名称名称分子分子式式形成形成位置位置颜色颜色结晶结晶性质性质相相Cu6S

10、n5焊料润湿焊料润湿到到Cu时时立即生成立即生成Sn与与Cu之间的界之间的界面面白色白色球状球状良性，强良性，强度高度高相相Cu3Sn温度高、温度高、焊接时间焊接时间长引起长引起Cu与与Cu6Sn5之之间间灰色灰色骨针状骨针状恶性，强恶性，强度差，脆度差，脆性性 CuCu3SnCu6Sn5富富Pb层层 Sn/Pb第30页/共39页第三十一页，共40页。拉伸拉伸(l shn)力力（千（千lbl/in2）*4m时，由于金属时，由于金属(jnsh)间合金层太厚，使连接处失去弹性，由于金属间合金层太厚，使连接处失去弹性，由于金属(jnsh)间结合层的结构疏松、发脆，也会使强度小。间结合层的结构疏松、发脆，也会使强度小。*厚度厚度(hud)为为0.5m时抗拉强度最佳；时抗拉强度最佳；*0.54m时的抗拉强度可接受；时的抗拉强度可接受；*0.5m时，由于金属间时，由于金属间 合金层太薄，几乎没有强度；合金层太薄，几乎没有强度； 金属间合金层厚度（金属间合金层厚度（m）金属间合金层厚度与抗拉强度的关系金属间合金层厚度与抗拉强度的关系第31页/共39页第三十二页，共40页。第32页/共39页第三十三页，共40页。第33页/共39页第三十四页，共40页。最佳焊接温度线最佳焊接温度线液