无铅焊料波峰焊氧化机制研究

应用衰减全反射（ATR）技术，研究氧化膜的一维结构及生长过程。通过一维平面结构的变化，推算氧化层覆盖率和平面生成的速度，再通过AES等方法进行氧化层纵向结构分析得到氧化层纵向生成速度，通过这些动力学数据来表征无铅焊料表面抗氧化的能力。.构建固相-液相-气相三相构成的氧化渣物理结构模型，应用流体力学分析固相和气相在氧化渣结构中的受力情况，研究固相和液相上浮速率，得到固相尺寸和气相浓度对氧化渣形成速度的影响规律，找到通过控制流速、氧化粉末粒度和氧气浓度减少泡沫形成的方法。.通过系列Sn-Zn基无铅焊料的波峰焊实验研究，验证上述理论研究的结果，探讨解决长期困扰电子组装行业的无铅焊料波峰焊氧化问题的科学方法。

本课题研究的波峰焊氧化问题是困扰电子行业多年的技术难题。长期以来，用熔体静态表面的氧化问题代替动态条件的氧化机理研究，用“成膜保护”的机理改善钎料的抗氧化性在波峰焊工艺下收效甚微。本项目首次直接对Sn-Zn钎料渣系结构进行研究，从渣系结构与渣系粘度的关系入手，探讨了氧化物、气体、熔体三相之间的结构关系，确定了氧化物物相及形貌是对渣系粘度产生影响的主要因素，并通过几种合金元素的尝试实质性改善了渣系，取得了良好的应用效果。通过对比静态条件下氧化物生长的特性和动态条件下形成渣系的原理，判断致密氧化膜的形成和保护作用并不是提高钎料抗氧化性的有效手段。通过钎料熔体波峰焊“瀑布”流动模型的建立，确定了元素---氧化物----渣系三者之间的关系和泡沫渣系的形成机理，证明改善氧化物与熔体之间的界面关系是减少泡沫渣系形成的有效手段。研究成果同样在Sn-Cu系及其它钎料合金体系中得到验证。P、Ga、Ni等元素的加入虽然没有改变氧化物的成分和晶体结构，但是明显减小了氧化物颗粒的尺寸，氧化物容易浮出分离，同样可以起到降低渣系粘度的作用，从而达到有效消除或减少泡沫渣系的目的。