钎焊机理课题报告
马浪凯 04111019 机电工程学院
摘要: 焊接是整个电子装联的核心。其他一切工序和工艺过程都是围绕焊接展开的。电子装联所采用的焊接方法称为钎焊。文章从润湿、界面反应、氧化去除、助焊剂的使用等方面对钎焊机理进行了整理，并将焊接过程与焊接机理结合起来理解。
关键词: 润湿 界面反应 金属氧化及去除 助焊剂 钎焊方法 1概述
焊接是指采用适当的手段，使两个分离的固态物体产生原子（或分子）间结合而连成一体的工艺方法。钎焊是将熔融的液态焊料填充到被焊金属结合面之间所形成的间隙当中，并带焊料冷却、凝固之后实现被焊金属相连接的一种工艺方法。钎焊的实质是液态焊料和被焊金属表面借助原子的扩散作用所形成的冶金结合。
根据所使用的焊料主要成分区分，钎焊工艺又分为锡钎焊、银钎焊、铜钎焊等基本类型，电子装联所采用的是锡钎焊，焊料以锡基焊料为主要。根据焊料的熔点高低又分为软钎焊和硬钎焊。
2焊接中的润湿
通常，将一种液体在固体表面均匀铺展，并取代固体表面其他与之不相容的流体的过程称为液体对固体表面的润湿。
a ） 润湿条件：微观上，液体和固体接触的面内存在薄薄一层，该层内的液体分子受到外面固体分子的作用，其性质和液体内部的不同，称附着层。附着层表现出和表面张力十分类似的现象，区别在于自由表面永远是收缩力，附着层存在的可能是一个收缩力，也可能是一个展延力，这决定于相接触的液体和固体的性质。当固体分子对液体分子吸引力不够强时，附着层如表面层一样表现为收缩力，此时接触角为钝角，液体不润湿固体；当固体分子对液体分子吸引力足够强时，使得附着层中液体分子靠得更加紧密，相互排斥作用转占优势，形成这一层的展延倾向，表现为展延力，此时接触角为锐角，液体润湿固体。
b ） 润湿性测定：浸渍法、润饰平衡法、扩展性实验。
3界面反应
焊接时，液态焊料与被焊金属发生某种程度的冶金反应（也称界面反应）——焊料原子与被焊金属原子互相扩散到对方体内，由此导致结晶后两金属发生冶金连接。焊料与被焊金属的界面反应分两类：焊接中的液态焊料与被焊金属的界面反应和焊接后的固态焊料与被焊金属的界面反应，反应的基础是金属的扩散与溶蚀。
4金属的氧化及去除
a ） 最早人们把与氧结合的反应能成为氧化反应，其生成物叫做氧化物，而把从氧化物中去除氧的反应成为还原反应。大多数金属在空气中与氧、水分、CO 2或硫化氢等接触时会被氧化、锈蚀，使其表面形成一层氧化物或碳酸盐、硫
化物等反应物。这类反应物的存在，使液体焊料无法在被焊金属表面润饰、铺展，因此成为影响金属可焊接的重要因素。因此如何在焊接过程中清洁金属表面就成为了必须考虑的实际问题。
b ） 去氧化机制：
1采用惰性气体氛围去氧化
2采用化学活性手段去氧化
3采用过热手段去氧化
4从物理手段去氧化如打磨、超声波焊接等
5助焊剂
a ） 助焊剂：是用以清除金属和焊料表面在空气中的自然污染物（主要是氧化物），促进熔融焊料在金属表面润湿铺展的化学助剂。
b ） 助焊剂的基本功能
1去除金属连接表面的氧化物和其他自然反应物。
2保护已经清洁的表面在整个焊接过程中不再被氧化。
3要达到助焊的目的，助焊剂还要能首先润湿金属表面，然后又能被融化了的液态焊料所取代，最终由液态焊料润湿铺展金属表面。
c ） 対助焊剂的要求
1熔点低于焊料熔点，并在焊接温度下依然保持化学稳定性。
2熔融时的表面张力、粘度和比重均小于液态焊料，以保证自身的流动和扩展性。
3助焊剂不腐蚀焊接材料，焊接后的残留物的焊点的腐蚀性小并以清除。 4对环境操作者并没有危害。
5常温下的化学稳定性强并易于存储。
d ） 助焊剂的组成
1活性剂2成膜材料3添加剂4溶剂
e ） 助焊剂的分类
1按助焊剂中的固体含量分类，有低固含量、中固含量、高固含量。低固含量主要用于免清洗焊接。
2按常温下形态分类：干式助焊剂、膏状助焊剂、手工锡和液体助焊剂。 3按助焊剂后残留物的清洗方式或介质分类：水溶性和有机溶解性助焊剂。 4按活性剂的类型分类：无机、有机和松香等基本类型。
6钎焊的方法
钎焊常用的工艺方法较多，主要是按使用的设备和工作原理区分的。如按热源区分则有红外、电子束、激光、等离子、辉光放电钎焊等；按工作过程分有接触反应钎焊和扩散钎焊等。接触反应钎焊是利用钎料与母材反应生成液相填充接头间隙。扩散钎焊是增加保温扩散时间，使焊缝与母材充分均匀化，从而获得与母材性能相同的接头。钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。间隙一般要求在 0.01～0.1毫米之间。
1烙铁钎焊 用于细小简单或很薄零件的软钎焊。
2波峰钎焊 用于大批量印刷电路板和电子元件的组装焊接。施焊时,250℃左右的熔融焊锡在泵的压力下通过窄缝形成波峰，工件经过波峰实现焊接。这种方法生产率高，可在流水线上实现自动化生产。
3火焰钎焊 用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接。火焰钎焊设备简单、操作方便，根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。
这种方法适用于自行车架、铝水壶嘴等中、小件的焊接。
4浸沾钎焊 将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂的钎料浴槽或只有熔盐的盐浴槽中加热焊接。这种方法加热均匀、迅速、温度控制较为准确，适合于大批量生产和大型构件的焊接。盐浴槽中的盐多由钎剂组成。焊后工件上常残存大量的钎剂，清洗工作量大。
5感应钎焊 利用高频、中频或工频感应电流作为热源的焊接方法。高频加热适合于焊接薄壁管件。采用同轴电缆和分合式感应圈可在远离电源的现场进行钎焊，特别适用于某些大型构件，如火箭上需要拆卸的管道接头的焊接。
6炉中钎焊 将装配好钎料的工件放在炉中进行加热焊接，常需要加钎剂，也可用还原性气体或惰性气体保护，加热比较均匀。大批量生产时可采用连续式炉。
7真空钎焊 工件加热在真空室内进行，主要用于要求质量高的产品和易氧化材料的焊接。
7钎焊过程
a 预热焊板
b 加入钎料或钎剂
c 加热保持
d 焊后处理
e 焊后检验。
[参考文献]
[1]余国兴. 现代电子装联工艺基础. 西安电子科技大学出版社.2007.98~131
[2]樊融融. 现代电子装联工艺过程控制. 电子工业出版社.2010.64~65
钎焊机理课题报告
马浪凯 04111019 机电工程学院
摘要: 焊接是整个电子装联的核心。其他一切工序和工艺过程都是围绕焊接展开的。电子装联所采用的焊接方法称为钎焊。文章从润湿、界面反应、氧化去除、助焊剂的使用等方面对钎焊机理进行了整理，并将焊接过程与焊接机理结合起来理解。
关键词: 润湿 界面反应 金属氧化及去除 助焊剂 钎焊方法 1概述
焊接是指采用适当的手段，使两个分离的固态物体产生原子（或分子）间结合而连成一体的工艺方法。钎焊是将熔融的液态焊料填充到被焊金属结合面之间所形成的间隙当中，并带焊料冷却、凝固之后实现被焊金属相连接的一种工艺方法。钎焊的实质是液态焊料和被焊金属表面借助原子的扩散作用所形成的冶金结合。
根据所使用的焊料主要成分区分，钎焊工艺又分为锡钎焊、银钎焊、铜钎焊等基本类型，电子装联所采用的是锡钎焊，焊料以锡基焊料为主要。根据焊料的熔点高低又分为软钎焊和硬钎焊。
2焊接中的润湿
通常，将一种液体在固体表面均匀铺展，并取代固体表面其他与之不相容的流体的过程称为液体对固体表面的润湿。
a ） 润湿条件：微观上，液体和固体接触的面内存在薄薄一层，该层内的液体分子受到外面固体分子的作用，其性质和液体内部的不同，称附着层。附着层表现出和表面张力十分类似的现象，区别在于自由表面永远是收缩力，附着层存在的可能是一个收缩力，也可能是一个展延力，这决定于相接触的液体和固体的性质。当固体分子对液体分子吸引力不够强时，附着层如表面层一样表现为收缩力，此时接触角为钝角，液体不润湿固体；当固体分子对液体分子吸引力足够强时，使得附着层中液体分子靠得更加紧密，相互排斥作用转占优势，形成这一层的展延倾向，表现为展延力，此时接触角为锐角，液体润湿固体。
b ） 润湿性测定：浸渍法、润饰平衡法、扩展性实验。
3界面反应
焊接时，液态焊料与被焊金属发生某种程度的冶金反应（也称界面反应）——焊料原子与被焊金属原子互相扩散到对方体内，由此导致结晶后两金属发生冶金连接。焊料与被焊金属的界面反应分两类：焊接中的液态焊料与被焊金属的界面反应和焊接后的固态焊料与被焊金属的界面反应，反应的基础是金属的扩散与溶蚀。
4金属的氧化及去除
a ） 最早人们把与氧结合的反应能成为氧化反应，其生成物叫做氧化物，而把从氧化物中去除氧的反应成为还原反应。大多数金属在空气中与氧、水分、CO 2或硫化氢等接触时会被氧化、锈蚀，使其表面形成一层氧化物或碳酸盐、硫
化物等反应物。这类反应物的存在，使液体焊料无法在被焊金属表面润饰、铺展，因此成为影响金属可焊接的重要因素。因此如何在焊接过程中清洁金属表面就成为了必须考虑的实际问题。
b ） 去氧化机制：
1采用惰性气体氛围去氧化
2采用化学活性手段去氧化
3采用过热手段去氧化
4从物理手段去氧化如打磨、超声波焊接等
5助焊剂
a ） 助焊剂：是用以清除金属和焊料表面在空气中的自然污染物（主要是氧化物），促进熔融焊料在金属表面润湿铺展的化学助剂。
b ） 助焊剂的基本功能
1去除金属连接表面的氧化物和其他自然反应物。
2保护已经清洁的表面在整个焊接过程中不再被氧化。
3要达到助焊的目的，助焊剂还要能首先润湿金属表面，然后又能被融化了的液态焊料所取代，最终由液态焊料润湿铺展金属表面。
c ） 対助焊剂的要求
1熔点低于焊料熔点，并在焊接温度下依然保持化学稳定性。
2熔融时的表面张力、粘度和比重均小于液态焊料，以保证自身的流动和扩展性。
3助焊剂不腐蚀焊接材料，焊接后的残留物的焊点的腐蚀性小并以清除。 4对环境操作者并没有危害。
5常温下的化学稳定性强并易于存储。
d ） 助焊剂的组成
1活性剂2成膜材料3添加剂4溶剂
e ） 助焊剂的分类
1按助焊剂中的固体含量分类，有低固含量、中固含量、高固含量。低固含量主要用于免清洗焊接。
2按常温下形态分类：干式助焊剂、膏状助焊剂、手工锡和液体助焊剂。 3按助焊剂后残留物的清洗方式或介质分类：水溶性和有机溶解性助焊剂。 4按活性剂的类型分类：无机、有机和松香等基本类型。
6钎焊的方法
钎焊常用的工艺方法较多，主要是按使用的设备和工作原理区分的。如按热源区分则有红外、电子束、激光、等离子、辉光放电钎焊等；按工作过程分有接触反应钎焊和扩散钎焊等。接触反应钎焊是利用钎料与母材反应生成液相填充接头间隙。扩散钎焊是增加保温扩散时间，使焊缝与母材充分均匀化，从而获得与母材性能相同的接头。钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。间隙一般要求在 0.01～0.1毫米之间。
1烙铁钎焊 用于细小简单或很薄零件的软钎焊。
2波峰钎焊 用于大批量印刷电路板和电子元件的组装焊接。施焊时,250℃左右的熔融焊锡在泵的压力下通过窄缝形成波峰，工件经过波峰实现焊接。这种方法生产率高，可在流水线上实现自动化生产。
3火焰钎焊 用可燃气体与氧气或压缩空气混合燃烧的火焰作为热源进行焊接。火焰钎焊设备简单、操作方便，根据工件形状可用多火焰同时加热焊接。
这种方法适用于自行车架、铝水壶嘴等中、小件的焊接。
4浸沾钎焊 将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂的钎料浴槽或只有熔盐的盐浴槽中加热焊接。这种方法加热均匀、迅速、温度控制较为准确，适合于大批量生产和大型构件的焊接。盐浴槽中的盐多由钎剂组成。焊后工件上常残存大量的钎剂，清洗工作量大。
5感应钎焊 利用高频、中频或工频感应电流作为热源的焊接方法。高频加热适合于焊接薄壁管件。采用同轴电缆和分合式感应圈可在远离电源的现场进行钎焊，特别适用于某些大型构件，如火箭上需要拆卸的管道接头的焊接。
6炉中钎焊 将装配好钎料的工件放在炉中进行加热焊接，常需要加钎剂，也可用还原性气体或惰性气体保护，加热比较均匀。大批量生产时可采用连续式炉。
7真空钎焊 工件加热在真空室内进行，主要用于要求质量高的产品和易氧化材料的焊接。
7钎焊过程
a 预热焊板
b 加入钎料或钎剂
c 加热保持
d 焊后处理
e 焊后检验。
[参考文献]
[1]余国兴. 现代电子装联工艺基础. 西安电子科技大学出版社.2007.98~131
[2]樊融融. 现代电子装联工艺过程控制. 电子工业出版社.2010.64~65