焊錫吃得好不好(潤濕、不潤濕、縮錫)的原理是什么?
一般IPC英文版本以Wetting(潤濕)來形容吃錫確實(shí)非常傳神,把焊錫想像成「水」的樣子,有「潤濕」就表示吃錫吃得好,沒有被「潤濕」就表示吃錫吃得不好,或甚至沒吃錫。
那是什么因素影響了「潤濕」的程度呢?潤濕的終極表現(xiàn)可以用IMC(Intermetallic Compound)有沒有形成來確認(rèn),而IMC其實(shí)是一種化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果,如果是銅基地的PCB(OSP是也)會(huì)生成Cu6Sn5,如果是鎳基地的PCB(ENIG是也)會(huì)生成Ni3Sn4,IMC生成物是一種化合物,而想形成化學(xué)反應(yīng)就需要的是熱能,熱能又取決于溫度,這里可能要再加上時(shí)間,但能不能直接以Reflow溫度曲線下的面積(溫度x時(shí)間)來計(jì)算就有待商榷。
總之,到目前為止【溫度】就是決定錫膏潤濕(吃錫)是否良好的主要因素,也就是說當(dāng)給予的溫度高于錫膏熔錫的溫度使其可以形成IMC就可以形成良好的吃錫,換個(gè)比較學(xué)術(shù)的說法,當(dāng)給予的熱能高過PCB的表面處理、錫膏的「表面能」,才能形成化學(xué)反應(yīng),所謂「表面能」是創(chuàng)造物質(zhì)表面時(shí),破壞分子間化學(xué)鍵所需消耗的能量。
以上是理想的狀態(tài),那如果PCB的表面處理或是錫膏氧化了,它們的表面能就隨著氧化程度而增加,但SMT的回焊(Reflow)溫度卻是固定的,因?yàn)橛行┝慵荒透邷?,于是給予的熱能不變,但表面能增加的情況下就會(huì)造成潤濕不良的情形,當(dāng)氧化程度不是很嚴(yán)重時(shí),就會(huì)發(fā)生部份可以潤濕,部份不潤濕的縮錫(De-Wetting)現(xiàn)象,當(dāng)氧化非常嚴(yán)重就會(huì)造成不沾錫/不潤濕(Non-Wetting)的現(xiàn)象。
所以影響焊錫潤濕的因素為「溫度」與「氧化」程度。
請注意:這里的溫度指的是要焊錫與需要生成焊接的位置,既使環(huán)境溫度已經(jīng)達(dá)到了融錫溫度,但需要焊接的位置扔然未超過其表面能的溫度,就會(huì)發(fā)生焊錫融化了但卻流動(dòng)到鄰近已經(jīng)升溫超過表面能的位置。
這個(gè)現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在焊錫全部集中在零件腳或是全部集中在PCB焊墊的位置,就是有一方的表面處理可能已經(jīng)氧化,造成表面能升高,當(dāng)一方可以吃錫,另一方不能吃錫,就會(huì)這樣。
另外一個(gè)現(xiàn)象是PCB的焊墊上鋪設(shè)了大面積的銅箔,銅箔面積越大就需要供給更多的熱能才能升溫,可是零件的升溫卻很快,這時(shí)候如果回焊爐的溫度曲線條得不好,也會(huì)造成焊錫全部跑到零件腳的情形,所以有些PCB會(huì)特意在這種焊墊上設(shè)計(jì)熱阻(Thermal Relief)來降低其影響。