焊接温度/时间与焊点可靠性的关系
通过检查焊点IMC的厚度与内部金相结构，可以清楚 地分析出焊接中传递给被焊物的热量是否正确，而焊点表 面可以反映出在电路板焊盘上形成的焊点是否良好。

控制IMC的厚度对于形成可靠的连接是很重要的，焊 点内部IMC形成速率与焊接温度和时间有关。烙铁提供的热 量过大会增大焊点IMC的厚度，导致焊点变脆；提供的热量 过小会使焊料不能完全熔化，形成冷焊（见图1）。

图2所示焊脚处的焊点形状与外观可以反映出焊点的 质量，不幸的是，无铅焊接与有铅焊接的焊脚外观很不一 样。无铅焊接的焊脚外观颜色暗（图2左图），且有比较大的湿润角度；图2右图为锡铅焊接焊脚外观，颜色发亮。

选择合适的助焊剂
烙铁传输的热量正确与否也影响到助焊剂的使用。 酒精与部分酸的沸点低于普通的手工焊接温度，因 此， 为了避免 助焊剂过早地 挥发， 使助焊 剂有充分的时间起作用， 保证焊接时烙铁不提供过多的热量从而使焊接面的温度过高是很重要的。

助焊剂的选择对于形成良好的焊 点也是很重要的。随着焊接温度的提高，氧化的速度也会相 应地加快，由于无铅焊接具有较弱的润湿力，需要助焊剂有 较“强”的活性，所以焊锡丝中的助焊剂含量应该从锡铅焊 锡丝的1%提高到2%。

使用较强活性的助焊剂，需要更多地对PCB上的残留 物进行清洗，由于很多企业已经采用免清洗焊锡膏，残留物 的清洗势必增加相应的工序和成本。

焊接温度曲线
为了形成良好的焊点，在熔点温度以上40℃的时间必 须保持2-5秒，因此我们需要烙铁提供相当的热量。大部分 企业在进行无铅焊接时选用的焊锡丝是SAC387合金，它的 熔点为217℃, 焊接温度相应为257℃（选择SAC305合金为260℃）。由此我们可以得到以下的理论温度曲线：

当烙铁头与焊锡丝/被焊物接触时，我们从上图可以看 到温度迅速上升，在这段时间助焊剂挥发并起作用。当温度 升到熔点以上时，焊料开始熔化，之后维持大约4秒时间，烙铁移开，焊点凝固。

注意上面的曲线，从液相变为固相时，曲线有一个凹段。 但是，在实际操作中，操作者很少能够将烙铁停留在 焊点2秒以上，所以实际的曲线如图5所示，在短时间内， 加热有一个峰值区，很多的热量在此传递给焊点。

比较上面两条曲线可以看出，焊点实际达到的温度比推 荐的熔点以上40℃要高，但时间要短。然而，如果考虑到烙 铁传递的热量为温度与时间的函数，两者的热量应该做到差不多才对。

从图6可以看出，两条曲线在熔点217℃以上的面积是 相等的。

对比试验
为了对相关问题做进一步的研究，我们进行了一系列的 对比试验：试验中使用的是4层PCB板，一个K型热电偶穿过 通孔，通孔在选择时考虑到不常见的手工焊接情况，以适应 无铅焊接时会普遍遇到的情况。之后，将被焊管脚插入4个同样的通孔中进行手工焊接。

第一组试验采用常用的凿型烙铁头，烙铁头温度设置为 395℃, 采用60/40 Sn/Pb锡铅合金和Sn/Ag/Cu无铅合金焊锡 进行重复试验。

第二组试验采用无铅焊锡Sn/Ag/Cu在两个不同的烙铁 头温度395℃和335℃下进行对比试验。

从第一组的实验的结果看，曲线的峰值温度和在助焊剂 作用区温度升高的斜率都是非常相似的。不过可以看到，采 用无铅焊接比锡铅焊接在时间上有0.2-0.5秒的滞后，这很可能是由于Sn/Ag/Cu 合金比Sn/Pb合金有较弱的焊锡润湿力。

第二组试验比较了两个不同焊接温度下的情况。可以看 出，较低的烙铁头温度有比较长的焊点形成时间，达到最高 温度也比较慢，尽管温度差并不大。令人感兴趣的是，在助 焊剂作用区温度升高的速度对于较低温度的烙铁头反而比较快，虽然整个的焊接时间基本相同。

小结
1. 由于无铅焊接的Sn/Ag/Cu 合金焊锡的焊接润湿力较弱，焊接的时间有一点延长；

2 . 助焊剂的活化作用与焊点的最高温度受合金成分的 影响很小；

3. 焊点的最高温度受烙铁头温度的影响比较大，如果 选择了合适的烙铁头尺寸，并且在焊点处有良好的热传导， 这一影响在焊接的开始时间会有所减小。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

表1