1.5 焊接沾染及沾染性

車子如果打過臘的話,下雨時雨水就會像彈起來的水珠一樣,馬上變成水珠流走.但是沒有塗上臘的話,雨水就會像一層薄膜一樣地擴散在車體的表面之上.像這樣,液體接觸到固體之後,散佈流出去的樣子,就叫做『沾染性』,所謂『沾染性』就是這種液體容易在金屬表面上擴展的性質.

『沾染性』會依金屬的種類(比如說是否容易氧化),松香的種類(去除氧化物的能力),還有依金屬表面的髒污 ,或是表面的粗細狀態而有所變化.

θ θ= 0° 0°<θ< 90° 1)最理想的沾染性狀態 2)沾染好的狀態及其範圍 θ θ 90°<θ< 180° θ= 180° 3)沒有沾染好的狀態及範圍 4)完全沒有沾染到的狀態 沾染的標準圖形 【參考】 接觸角: 為表示沾染的程度,我們通常是以接觸角的θ值越小,其沾染性越好,以下所示即為接觸角θ的參考值.

接觸角 θ = 0°: 理論上最理想的沾染狀態.(完成平行的沾染狀態)

θ = 20°~以下 : 沾染得很好.

θ = 60°~ 20° : 實際的沾染範圍. θ = 90°~ 60° : 不完全的沾染狀態. θ = 90°~以上 : 沒有沾染.

θ = 180° : 完全沒有沾染(變成球形)

1.6 熱的傳導方法

焊接的對象物體也必須要被加熱到剛好可以焊接的適當溫度,這個加熱溫度不得過高也不得低,否則就無法得到良好的焊接結果.

加熱的熱源有電阻發熱,熱風方式,紅外線方式等各種方法,利用這些熱源中傳導而來的溫度來為錫料及將被焊接的材料加熱.

熱的傳導方法中,依材料的種類,大小,熱源及所加的熱量之不同而會有所差異.因此,為了要達到適當的加熱溫度,必須要充分地了解熱的傳導方式.

熱度基本上會從溫度高的地方往溫度低的地方流動.

當熱量小,而熱傳導係數,熱源合焊接對象物體之溫度差距大時,則熱的傳導速度會加快,而且可在短時間內加熱到高溫.

當使用之材料固定時,熱能的傳送會依其表面面積和焊接對象物體之體積大小之差距而有所不同,也就是說,在焊接時,必須要充分地考慮到焊接對象的體積大小.

2 焊接材料的基礎知識

2.1 錫料

一般我們所使用的錫線為錫鉛合金,若將單體金屬與合金做溶點比較,合金的特性就是溶點較低.錫的熔點為232℃,鉛的熔點為327℃,而錫鉛合金的熔點一定會比單體的金屬要低.錫63%(最大百分比)和鉛37%(最大百分比)的合金,其熔點是183℃,這也是錫鉛系銲錫材料中最低的熔點.

錫的熔點較低(熔點:232℃),合銅的接合性良好,所以將之與鉛做成合金,則:

1. 熔點變低,作業性能變好. 2. 物理特性(強度)會變強.

3. 由於表面張力變低,熔錫的流動性會增加.

4.

提昇防止氧化效果.

等等,使接合性變得更好.

在錫鉛系銲錫材料中最常被使用者,為含錫30%~63%左右者.以下為這範圍內的銲錫材料之主要性質及用途.

種類 Sn63 Sn60 Sn50 Sn40 成份(質量%) Sn 63 60 50 40 Pb 性 質 用 途 運用於電氣,電子器材支配線自動焊接用. 一般零件之機械是接合. 電子器材,配線之接合. 50 焊接效果良好 60 物理強度小 熔解溫度範圍大 電阻係數大 70 比Sn40的性質更強. 一般配線之接合. 需要機械強度之情況的接合. 散熱器,製罐,配管等之焊接. 37 熔點低,作業性佳 40 物理性良好 Sn30

30 不適合電子方面的接合. 2.2 松香

所謂的松香在拉丁語中的意思就是『流動』之意.在焊接的原理中所提到的熔解的錫之沾染性,就是指熔錫在乾淨的基材上第一次接觸到時所發生的變化.當在熔錫和基材之間如果存在有氧化膜或是油脂的話,則會明顯地妨礙到熔錫的沾染性.一般來說,在金屬的表面都會覆蓋有一層氧化膜.而且即使我們用種種方法除去這些氧化膜,只要基材是曝露於空氣中,就會馬上被氧化,因此,為了要讓熔錫能夠順利地沾染在基材表面,同時又要能夠除去在基材表面上的氧化物質,也必須要又能夠防止其再度氧化,而為配合此一目的所使用的就是松香.

松香的作用就是:

1. 清潔作用 : 以化學方法溶解除去氧化物或是污物.

2. 防止再度氧化的作用 : 在焊接時由於加熱之故,會使氧化急速進行,所以必須要包覆住金屬表面,使之不直接接觸到空氣,而防止其再度氧化.

3. 降低表面張力的作用 : 會使熔錫的表面張力降低,促進其沾染性. 一般來說各種松香所應具備的條件除了上述以外,其他的條件如下: 1. 作業溫度應能形成液狀,而且有相當的流動性. 2. 在作業溫度中不得發出有惡臭或是有害氣體. 3. 在作業溫度中不得有明顯的蒸發現象. 4. 對金屬及錫料不會有不良影響. 5. 作業後的殘渣必須容易去除. 6. 作業後腐蝕性要很低.

此外,尤其是使用於印刷電路板上的松香系統之溶劑所應具備的條件,必須要符合以下各項:

1. 接近沒有腐蝕性者. 2. 具有高度絕緣性者. 3. 具有長期的安定性者. 4. 耐潮性佳. 5. 無毒性.

松香的種類

松香依其組成材料之不同,可分為樹脂系,有機系,無機系等幾個種類. 在電子機器中所使用之松香皆以樹脂系為主流.

松香溶劑之組成材料有主劑及活性劑為主體,在活性劑之中,則又可分為含氟氯碳化物和不含氟氯碳化物兩種

活性劑係為含有能夠溶解及去除熔錫及基材表面之金屬氧化物的作用之成份.而可以運用作為活性劑之材料,則有:有機酸,胺,胺基酸,胺的有機鹽酸,胺基鹵素,無機酸,無機酸鹽等等種類.

松香分類 主 劑 松 香(rosin) 樹脂系 變性松脂 合成樹脂 水機物質 有機系 溶劑基物質 水溶性物質 無機系 非水溶性物質 【參考】

所謂表面張力就是,在液體的表面分子因凝聚力而被吸注液體的內部,因而會表現出盡量地往內部收縮的形狀(形成表面面積最小的球形)之力量,因而再液體的表面形成一個很薄的膜之現象.

說 明 經常被運用於印刷電路板之焊接作業上.松香是松,杉等針葉樹的樹脂精練而成的. 因為如果是單純的松脂的話,其清潔力及作業性皆不佳,所以業界將之改善,作成活性松香使用,因為松香的殘渣會使皮膜產生龜裂,因此需要改善. 對溫度的安定性較差,只要依加熱就會急速分解,所以會形成惰性殘渣. 一般是運用於板金之上,具有較強之活性及吸濕性,會引起腐蝕,所以需要洗淨.通常不會被運用在印刷電路板上. 2.3 錫料及松香之混合

在塗佈松香然後在焊接時,很難正確地塗到所需的松香之量,此外也增加作業時的工時負擔.因此在電子機器製造時作人工作業及自動化機器之銲錫,都是使用含有松脂之錫料.

含松香之錫料再錫料的中心內會填充有一芯或是多芯之固態松香,再加熱時的低溫會先將松香熔出,除去了金屬表面的氧化物後,熔錫就會沾染在欲接合的部分使之沾滿錫料.

使用在含松脂之錫料內部的松香,多半是樹脂或是活性化樹脂,其含量規定為1~3.5%.

【參考】

再利用含有松香之錫料作焊接工作時,經常會見到錫球飛濺起來的情形.其原因應該有很多種,但是通常都是因為短時間急速地給錫線加熱,含在松香內部的水份或是氣體因之而膨脹,松香和錫球一起飛濺起來.