焊锡吃得好不好(润湿、不润湿、缩锡)的原理是什么?

2020-05-19 12:01:49 1981

一般IPC英文版本以Wetting(润湿)来形容吃锡确实非常传神,把焊锡想像成「水」的样子,有「润湿」就表示吃锡吃得好,没有被「润湿」就表示吃锡吃得不好,或甚至没吃锡。

那是什么因素影响了「润湿」的程度呢?润湿的终极表现可以用IMC(Intermetallic Compound)有没有形成来确认,而IMC其实是一种化学反应的结果,如果是铜基地的PCB(OSP是也)会生成Cu6Sn5,如果是镍基地的PCB(ENIG是也)会生成Ni3Sn4,IMC生成物是一种化合物,而想形成化学反应就需要的是热能,热能又取决于温度,这里可能要再加上时间,但能不能直接以Reflow温度曲线下的面积(温度x时间)来计算就有待商榷。

PCBA

总之,到目前为止【温度】就是决定锡膏润湿(吃锡)是否良好的主要因素,也就是说当给予的温度高于锡膏熔锡的温度使其可以形成IMC就可以形成良好的吃锡,换个比较学术的说法,当给予的热能高过PCB的表面处理、锡膏的「表面能」,才能形成化学反应,所谓「表面能」是创造物质表面时,破坏分子间化学键所需消耗的能量。

以上是理想的状态,那如果PCB的表面处理或是锡膏氧化了,它们的表面能就随着氧化程度而增加,但SMT的回焊(Reflow)温度却是固定的,因为有些零件不耐更高温,于是给予的热能不变,但表面能增加的情况下就会造成润湿不良的情形,当氧化程度不是很严重时,就会发生部份可以润湿,部份不润湿的缩锡(De-Wetting)现象,当氧化非常严重就会造成不沾锡/不润湿(Non-Wetting)的现象。

所以影响焊锡润湿的因素为「温度」与「氧化」程度。

请注意:这里的温度指的是要焊锡与需要生成焊接的位置,既使环境温度已经达到了融锡温度,但需要焊接的位置扔然未超过其表面能的温度,就会发生焊锡融化了但却流动到邻近已经升温超过表面能的位置。

这个现象经常发生在焊锡全部集中在零件脚或是全部集中在PCB焊垫的位置,就是有一方的表面处理可能已经氧化,造成表面能升高,当一方可以吃锡,另一方不能吃锡,就会这样。

另外一个现象是PCB的焊垫上铺设了大面积的铜箔,铜箔面积越大就需要供给更多的热能才能升温,可是零件的升温却很快,这时候如果回焊炉的温度曲线条得不好,也会造成焊锡全部跑到零件脚的情形,所以有些PCB会特意在这种焊垫上设计热阻(Thermal Relief)来降低其影响。


标签: 焊锡

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