一、可焊性的定義

在IPC標(biāo)準(zhǔn)中，可焊性定義為“金屬被釬料潤濕的能力”。而潤濕作用的廣義定義應(yīng)為：在基材上形成一層相對均勻、平滑、無裂縫黏附著的釬料薄膜。

二、可焊性和可靠性評價

可焊性的內(nèi)涵包含下述3個方面的約定：① 熔化釬料對基體金屬的潤濕性；② 釬料和基體金屬的接合性；③ 接合部的可靠性。上述3個約定中，①是表述可焊性的一項最重要的內(nèi)容。一般來說潤濕性好接合性也好，然而潤濕性好不一定就說明焊接部的可靠性就高。例如，以Sn基釬料焊接Au系基體金屬就是一個典型例子。由此可以定義：容易潤濕母材，而且還能獲得機械強度好的接合部，這時的釬料或母材才是可焊性好的釬料或可焊性好的母材?？珊感院秃附咏雍喜康目煽啃灾g有著密切的關(guān)系，在通常情況下可焊性好的其焊接接合部的可靠性也高，因而焊接接合部的可靠性可由母材的可焊性的定量測定來評價。然而高可靠性的接頭是由可焊性好的母材、釬料、助焊劑及焊接工藝參數(shù)等綜合要素來獲得的。正是由于可焊性受母材、釬料、助焊劑、焊接條件（溫度、時間）等參數(shù)的綜合影響，因而只有對這些影響參數(shù)一一做出定量評估，才有可能對整體的可靠性做出客觀的評價。

三、焊接過程中與可焊性相關(guān)的物理參數(shù)

可焊性可通過與焊接工藝相互關(guān)聯(lián)的若干物理參數(shù)來評定。這些性能通常包括潤濕角、漫流面積、漫流速度、毛細(xì)擴散、潤濕時間、焊后的表面光整度等。可焊性測試的目的是：從產(chǎn)品質(zhì)量管理角度出發(fā)，建立起對電子元器件供應(yīng)商確保產(chǎn)品質(zhì)量的一種手段和責(zé)任，以大幅度消除焊接缺陷，降低產(chǎn)品的返修率，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。

四、可焊性試驗

可焊性試驗有多種方法和方案，綜合起來如圖1所示。

圖1 可焊性試驗方法

1）擴展試驗法擴展試驗法是通過熔融釬料在母材上的擴展性能來評價的一種方法，它是通過對擴展面積、擴展率和接觸角等參數(shù)的測定來描述的。（1）擴展面積（JIS-Z-3197）。它是在規(guī)定的釬料量和特定的工藝條件下，通過測定該定量釬料在母材上的擴展面積的大小來評定的，擴展的面積越大可焊性越好。本法簡單，不需要特別的試驗裝置，而且只需定量的釬料就能進行可焊性的定性評估。它也能用于助焊劑的性能試驗。（2）擴展率（ASTM-B-545）。擴展率法是通過一定量的釬料球在母材上的擴展率來評價的。

擴展率的定義為擴展率（%）=［（D-H）/D］×100式中 H——擴展后釬料中心高度（mm）；D——試驗用釬料球的直徑（或計算直徑，mm）與擴展面積法相比，擴展率法具有定量的特點。但在釬料擴展不均勻的情況下，H的測定較困難。ASTM規(guī)定的試驗溫度為250℃。（3）接觸角（θ）。釬料潤濕接觸角（θ）的測定是沿擴展試驗樣品的中心，沿擴展面的垂直方向進行切片，再采用顯微鏡攝影來直接測定。也可利用釬料的擴展情況，用圖3所示的球的一部分來簡化模擬，并按下式來間接求得。

圖3 接觸角（θ）

接觸角（θ）=2tan-1（h/x）式中 h——擴展釬料的高度；x——擴展釬料（圓形）的半徑。測試的接觸角（θ）越小，表明釬料的擴展性越好，即可焊性越好。2）界面張力測定法（1）測量裝置。界面張力測定法也稱潤濕測力法，它是基于對母材和釬料之間相互作用的界面張力來測定可焊性的，目前應(yīng)用最廣的界面張力測定法是彎月面平衡法。它是定量并能直接記錄釬料潤濕過程的唯一方法，而且還能被應(yīng)用于對可焊性試驗過程中的種種潤濕現(xiàn)象進行解析。這種測定裝置的外觀如圖4所示。

圖4 界面張力測定裝置

（2）測試原理。將試驗樣品浸漬在熔融釬料槽中時，由于浮力作用以及在試驗樣品、釬料和助焊劑界面上的各種表面張力的作用，試驗樣品受到一個合力。如果記錄到這些力的合力的變化，就能夠反映出彎月面的特征，因而能夠反映出接觸角的特征，從而也就能夠反映出可焊性的優(yōu)劣。由于彎月面平衡法能夠定量地測定這些力隨時間的變化關(guān)系，因而也就可以間接地獲得接觸角θ隨時間的變化關(guān)系，從而將和焊接過程相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象定量地描述出來。該測量裝置的結(jié)構(gòu)組成如圖5所示。

圖5 界面張力測定結(jié)構(gòu)

把試驗樣品（板或線）的一端浸入熔融釬料中，正確地測定由于釬料潤濕作用在試驗樣品上的附著張力隨時間的變化規(guī)律，即作用在試驗樣品上的潤濕力，如圖6示。

圖6 測量原理

附著張力方向是指向下方的，而母材受到的浮力是朝上的，此二力的差可表示為F=rlfcosθ·2πr-πr^2ρgh式中 F——作用在試驗樣品上的力；rlf——釬料和助焊劑的界面張力；θ——接觸角；r——試驗樣品的半徑；ρ——釬料的密度；g——重力加速度；h——浸漬深度。把試驗樣品從浸入熔融釬料中到提升出來，F(xiàn)隨時間和接觸角的變化關(guān)系如圖7所示。

圖7 F隨時間和接觸角的變化關(guān)系

（3）試驗結(jié)果解析。在潤濕曲線上最主要的特征數(shù)據(jù)是：●最大潤濕力FW；●潤濕力為零的時間（零交時間t1）；●潤濕力Ft變化達(dá)到0.632FW時的時間w0.632Ft，如圖8所示。

圖8 潤濕力的時間變化和接觸角的關(guān)系

●潤濕力變化分別達(dá)到2/3FW和最大值FW的時間t2/3Fw和tFW，如圖9所示。

圖9 W2/3Ft、WFt定義

MIL-STD-883B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)取FW=300dyne/cm時，要求t1=0.59s。而對于電子業(yè)界批量焊接組裝的元器件，則要求t1≤1s。（4）潤濕曲線的陡度評估。潤濕曲線的陡度就是指從潤濕開始，到潤濕力達(dá)到最大值這一過程中曲線的斜度，如圖10所示。曲線越陡，可焊性越好。

圖10潤濕曲線的陡度

3）浸漬試驗法此法以表面張力和毛細(xì)作用力共同對浸入熔融釬料中的試驗樣品的作用為基礎(chǔ)。當(dāng)試驗樣品浸入時，這兩種力隨時間而變化。起初，垂直浸入的樣品引起熔融焊料表面一起向下，表面張力是阻止試驗樣品浸入的。當(dāng)試驗樣品潤濕時，形成的彎月邊緣遂轉(zhuǎn)換方向，最終沿試驗樣品的表面爬升，此時試驗樣品上的作用力改變了方向，趨勢是將試驗樣品往下拉。測試儀器測量并記錄這些力隨時間變化的函數(shù)關(guān)系。此法由于涉及的力較小，故適合于比較小的試驗樣品。該測試裝置的外觀結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 浸漬試驗法測試裝置的外觀結(jié)構(gòu)