无铅锡膏厂家知名企业锡膏指定供应商

咨询热线 13342949886

当前位置: 首页 / 新闻资讯 / 行业动态

无铅锡膏焊接性能深度剖析:润湿性、焊点强度等指标解读

来源:优特尔锡膏 浏览: 发布时间:2025-07-10 返回列表

无铅锡膏的焊接性能直接决定电子产品的可靠性,而润湿性、焊点强度、焊点外观等核心指标是评估其性能的关键。

相比传统含铅锡膏(如Sn-Pb),无铅锡膏因合金成分(如Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Bi等)和焊接工艺的差异,在这些指标上呈现出独特的特点核心指标的定义、无铅锡膏的表现、影响因素及实际意义展开深度剖析:

润湿性:焊接的“基础门槛”

润湿性是指熔融的锡膏合金在被焊金属表面(如焊盘、引脚)铺展、附着的能力,是焊接能否形成有效连接的前提。

无铅锡膏的润湿性普遍弱于含铅锡膏,这是其最突出的性能差异,需从原理和指标两方面解读:

 1. 核心评价指标

 润湿角(接触角):熔融锡膏与被焊表面形成的夹角,是润湿性的直观量化指标。角度越小,润湿性越好(理想状态≤30°,工业可接受范围≤60°;若>90°,则为润湿不良)。

铺展面积:熔融锡膏在被焊表面的扩散面积,面积越大,说明润湿越充分(需结合焊盘尺寸,避免过度铺展导致桥连)。

润湿时间:从锡膏熔融到完全铺展的时间,时间越短,焊接效率越高(无铅锡膏因熔点高,润湿时间通常比含铅锡膏长10%-30%)。

 2. 无铅锡膏润湿性较弱的原因

 合金熔点高:含铅锡膏(Sn63Pb37)熔点约183℃,而主流无铅合金(如Sn3Ag0.5Cu)熔点约217℃,高温下被焊金属(如铜)表面更易氧化(生成CuO、Cu₂O),氧化层会阻碍锡膏铺展。

表面张力大:无铅合金(如Sn基)的表面张力(约500-550 mN/m)显著高于Sn-Pb合金(约400-450 mN/m),表面张力大导致熔融锡膏更难“铺开”,易形成“缩锡”(焊点收缩、边缘不连续)。

助焊剂依赖性强:无铅锡膏需更强活性的助焊剂(含更多有机酸、卤素等)来去除被焊表面氧化层,但助焊剂活性过强可能导致焊点腐蚀或残留物过多,需平衡“去氧化能力”与“可靠性”。

3. 实际影响与优化方向

润湿性不足会直接导致虚焊、冷焊、焊点空洞等缺陷:

虚焊:焊点未完全铺展,仅局部接触,导电性和机械强度极差;

缩锡:焊点收缩成球状,与焊盘结合面积小,易脱落。

 优化手段:

提高焊接峰值温度(比合金熔点高30-50℃),但需避免高温导致元器件热损伤;

选择高活性助焊剂(如含氟、有机胺类),增强对氧化层的去除能力;

预处理被焊表面(如镀镍、浸锡),减少氧化层厚度。

焊点强度:可靠性的“核心保障”

 焊点强度是指焊点抵抗机械应力(如拉伸、剪切、振动)的能力,直接关系到产品在使用过程中的抗失效性能。

无铅锡膏的焊点强度与含铅锡膏存在显著差异,需从静态强度和动态可靠性两方面分析:

 1. 静态强度:常温下的力学性能

 拉伸强度:焊点被轴向拉伸断裂时的最大应力,无铅合金(如Sn3Ag0.5Cu)的拉伸强度(约45-55 MPa)普遍高于Sn-Pb合金(约30-40 MPa),因Ag、Cu等元素形成的金属间化合物(IMC,如Cu₆Sn₅)增强了合金的硬度。

剪切强度:焊点受横向剪切力时的抗断裂能力,无铅焊点剪切强度(约35-45 MPa)也高于含铅焊点,但脆性更明显(断裂时塑性变形小,易“脆断”)。

 2. 动态可靠性:极端环境下的性能

 电子产品在使用中会经历热循环(高低温交替)、振动、冲击等工况,焊点强度的动态稳定性更关键:

 热疲劳性能:无铅合金的热膨胀系数(CTE)与被焊材料(如PCB的FR-4、元器件的陶瓷外壳)匹配度较低,热循环中易因“膨胀-收缩”差异产生应力累积,导致焊点开裂。

例,Sn-Ag-Cu焊点在-40℃~125℃循环1000次后,强度衰减率约20%-30%,而Sn-Pb焊点衰减率通常<15%。

振动与冲击强度:无铅焊点的刚性更高,但韧性较差,在高频振动(如汽车电子)或冲击(如手机跌落)中,易因“应力集中”发生脆性断裂,而含铅焊点因铅的塑性缓冲作用,抗振动性能更优。

 3. 影响焊点强度的关键因素

 合金成分:Ag含量越高(如Sn4Ag0.5Cu),焊点强度越高,但脆性也越大;添加Bi(如Sn58Bi)可降低熔点,但Bi会增加焊点脆性,不适合高应力场景;

金属间化合物(IMC)层厚度:焊接后,焊点与焊盘界面会形成IMC层(如Cu₆Sn₅),过薄(<1μm)则结合力弱,过厚(>5μm)则因IMC脆性大导致焊点易裂(需通过控制焊接时间和温度避免IMC过度生长);

焊点形态:焊点体积过小(如细间距引脚)、存在气孔或针孔,会导致应力集中,降低强度(气孔率>5%时,强度可能下降30%以上)。

 其他关键指标:从外观到功能的全面评估:

 除润湿性和强度外,以下指标同样影响焊接质量:

 1. 焊点外观

光泽度:优质焊点应呈均匀银白色光泽,无发黑(氧化)、灰暗(助焊剂残留过多);

连续性:焊点边缘应完整覆盖焊盘,无缩锡、桥连(相邻焊点短路)、虚焊缺口;

气孔与针孔:内部气孔(直径>50μm)会降低强度和导电性,需控制在3%以下(IPC-A-610标准)。

 2. 导电性

 无铅合金(如Sn-Ag-Cu)的电阻率(约11-13 μΩ·cm)略高于Sn-Pb合金(约10 μΩ·cm),但差异极小(<3%),对一般电子产品无影响;但在高电流场景(如功率器件),需通过优化焊点截面积(增大焊点体积)弥补。

 3. 抗腐蚀性

 无铅锡膏的助焊剂若残留过多(尤其是含卤素助焊剂),可能在潮湿环境中导致焊点腐蚀(生成SnO₂等),影响导电性和强度。

需选择低残留或“免清洗”助焊剂,并控制焊接后残留量(通常要求<50μg/cm²)。

无铅锡膏焊接性能的“平衡之道”;

无铅锡膏的焊接性能是“优势与挑战并存”的综合体:

优势:静态强度更高、高温稳定性更好(适合汽车电子等高温场景);

挑战:润湿性差、脆性高、热疲劳性能较弱。

 

实际应用中合金成分优化(如调整Ag/Cu比例)、助焊剂匹配(高活性与低腐蚀平衡)、工艺参数调试(温度曲线、焊接时间) 三大手段,实现“润湿性达标、强度可靠、缺陷可控”的目标

无铅锡膏焊接性能深度剖析:润湿性、焊点强度等指标解读(图1)


理解这些指标的内在关联(如润湿性差会导致焊点形态不良,进而降低强度),是解决无铅焊接问题的核心逻辑。