波峰焊錫渣的形成

靜態(tài)錫渣的產(chǎn)生原因，*簡單的理解就是氧化還原理論：

  先了解一下錫的性質(zhì)： 錫-原子序數(shù)50、原子量118.71，能溶于強(qiáng)堿性溶液、比重為7.3、熔點(diǎn)低只有232℃、沸點(diǎn)2260℃。錫的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，常溫下不容易被氧氣氧化，只會(huì)在錫表面形成薄薄一層二氧化錫保護(hù)膜，所以經(jīng)常能保持銀光閃閃，但是隨著溫度的上升，它的氧化反應(yīng)會(huì)慢慢加快，而在氧化過程中，空氣中的氧分子被分解成氧原子，而氧原子奪得錫液中的電子之后，變成氧離子，而氧離子與熔融的金屬離子結(jié)合形成金屬氧化物SnO₂，在液面靜止的情況下，它形成一層氧化膜覆蓋在錫的表面，可防止錫液進(jìn)一步氧化。1999年中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所，依據(jù)PillingBedworth Ratio(簡稱PBR)的理論，做了合金上氧化物的研究。

  1923年發(fā)表的PBR理論是冶金學(xué)史上一個(gè)**性的研究成果，目的在尋找金屬性氧化保護(hù)膜，以替代硅材料的保護(hù)膜，理論的核心是氧化物與形成該氧化物消耗的金屬的體積比，是判斷氧化膜完整性的重要依據(jù)，但一直都只有純金屬氧化物方面的研究和數(shù)據(jù)發(fā)表，直到1999年中國中科院鑒于已發(fā)展的關(guān)于PBR數(shù)據(jù)都是只針對(duì)純金屬，而實(shí)用的金屬材料多為合金，中科院的專家以PBR理論為依據(jù)建立了基于合金氧化行為的一個(gè)簡易模型，以便于中國企業(yè)開發(fā)新型抗氧化合金。

  依據(jù)PBR的理論和中科院的研究表明，金屬的氧化膜內(nèi)存在生長應(yīng)力，若氧化物對(duì)應(yīng)的PBR值小于1，也就說這類金屬的氧化膜體積較小，不足以覆蓋整個(gè)金屬表面，則氧化膜不具有保護(hù)性能，因此金屬氧化膜的密致性是否完整是抗氧化的關(guān)鍵。

 而熔融的合金，表面在爐中被密致的氧化膜所覆蓋，氧化速度變得相對(duì)緩慢，不同的合金其氧化膜的結(jié)構(gòu)也不同，膜的生長速度和成長方向也不同，而實(shí)驗(yàn)證明熔融的鉛錫合金Sn/Pb37與無鉛的熔融合金焊料SAC305/SAC0307/SC07，在冷卻后相比可看出Sn/Pb37的表面明顯細(xì)致的多，這也就表明有鉛合金焊料Sn/Pb37的氧化膜密致性，其氧化膜也較完整，其它幾種無鉛合金焊料的氧化膜，因其膜內(nèi)復(fù)雜的生長應(yīng)力變化，可引起氧化膜的收縮或局部的破裂，使其保護(hù)氧化的作用變差這也是造成無鉛合金焊料比有鉛合金焊料更易氧化的重要因素。

動(dòng)態(tài)錫渣的形成
眾所皆知錫渣在靜態(tài)下所形成保護(hù)膜，具有防止熔融焊液氧化的功能，故一般都著重于如何防止動(dòng)態(tài)情況下熔融焊料的氧化。
我們分析一下動(dòng)態(tài)與靜態(tài)氧化的差異:
首先要探討波峰焊接設(shè)備的特性：
大多數(shù)廠商采用雙波峰的設(shè)備

 **個(gè)焊接波叫做振動(dòng)波(或稱為湍流波)，它將熔融的焊料打到置放在移動(dòng)煉條上的PCBA底部，所有焊盤以及組件焊端的引腳上，其波面寬度比較窄而熔融焊料流速比較快向上噴起及向下擾動(dòng)的過程，會(huì)大面積的與空氣中的氧接觸而急速氧化。
 同時(shí)在其擾動(dòng)熔融焊料槽之際，會(huì)因劇烈的翻滾而形成漩渦運(yùn)動(dòng)和瀑布效應(yīng)，并因此產(chǎn)生極為強(qiáng)烈的吸氧現(xiàn)象，而使得熔融焊料更快速氧化，而這些形成的氧化渣由于比重輕于熔融焊料，故浮于液面并且大量堆積。
**波的湍流波用以防止漏焊

 它穿過電路板熔融焊料并分布適當(dāng)焊料，以較高速通過狹縫滲入間隙從噴孔噴出的熔融焊料其方向與電路板方向相同，但是單就紊流波本身并不適合焊接組件，因?yàn)樗o焊點(diǎn)上留下不平整和過剩的焊料，因此需要**個(gè)波。
**焊料波稱為平滑波(或稱層流波)

  主要是消除由**波湍流波所產(chǎn)生的毛刺和焊橋，平滑波實(shí)際上與傳統(tǒng)的通孔插裝組件使用的波是一樣的。兩波之間的情況*為復(fù)雜特別是無鉛爐，它們的間距小流量大,液面下湍流急，而不斷翻滾熔融焊料，因強(qiáng)烈吸氧效應(yīng)快速地產(chǎn)生氧化渣，同時(shí)也容易堵塞噴嘴，且兩波之間多為濕渣，在沒有分流前被湍流壓迫，容易沉在液面下。
 因?yàn)橛绣a流切向力，所以有翻滾現(xiàn)象發(fā)生，SnO和助焊劑殘留物在此情況下，形成了渣的晶核(黑色細(xì)顆粒)；并不斷被瀉下的焊料包裹，且越滾越大*后浮出液面，*終淤塞通道造成錫液不能正常流動(dòng)。

動(dòng)態(tài)熔融焊料所形成的氧化物遠(yuǎn)比靜態(tài)下要復(fù)雜得多
 除了有少量表面氧化膜(約占整體氧化渣的10%左右)，但占絕大部份的氧化物，是產(chǎn)生于兩波之間以及機(jī)械泵附近，隨著劇烈的機(jī)械攪拌作用，熔融焊料形成漩渦運(yùn)動(dòng)而不停翻滾，而此時(shí)空氣中的氧不斷被吸入焊料槽內(nèi)部，加上湍流波的起落也同步在熔融焊料槽內(nèi)，形成相當(dāng)?shù)匿鰷u運(yùn)動(dòng)及其吸氧現(xiàn)象，由此造成氧化渣的不斷堆積，另外還會(huì)挾雜一些PCBA過爐時(shí)碎屑掉入高溫錫爐所產(chǎn)生的碳化物，以及助焊劑的殘留物。
 由上述分析，可以清楚表明氧化渣是波峰焊接工藝難以避免的代價(jià)，由于其產(chǎn)生機(jī)制包含多種因素，包括波峰高度、焊接溫度、焊接環(huán)境、波峰的擾度、合金的種類或純度、使用助焊劑的類型、焊料的質(zhì)量、加工PCBA的數(shù)量....等等，要消除錫渣相當(dāng)不容易。