是什么使焊料变硬?


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焊锡丝非常柔软且柔韧,但电路板上的焊料却很硬。为什么?我还没有找到确切的答案,但是我想到的一些想法是:

  • 焊料加热然后冷却时会发生某种化学反应。如果是这样,这是什么反应?也许助焊剂会以某种方式发生反应,但是没有助焊剂的焊料会如何呢?

  • 焊丝由于是空心的或具有助焊剂芯而密度较小,因此似乎更容易弯曲。这似乎不太可能,因为锡晶须尽管较细,但似乎比焊锡丝要硬得多。


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晶须变得越来越硬。晶须是单晶结构。焊锡丝是多晶的。电路板上的焊料是多晶的,但物理尺寸可与晶体尺寸相比,其整体性能在很大程度上取决于物理布置。
大卫

除非 PCB处于某些极端条件下并且焊料已“脱合金” ,否则 PCB上的焊料应与来自其的“导线”没有任何不同。
brhans 2015年

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您可能应该在物理和/或化学SE网站上再次询问。下面的答案虽然遭到了强烈支持,但还是很不错的选择。我不能要求对冶金学有深入的了解,但请注意,焊料在表面与Cu形成合金。这就是为什么它坚持下去。[再]结晶等的另一个问题,我不太了解。我可以肯定地告诉你的是,为什么[重新]熔化时焊料会变得更硬或变得不硬,这并不是EE课程中通常讲的主题。
嘶嘶声

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没人有方便的硬度计吗?
Spehro Pefhany '16

Answers:


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@Kaz和@LongStrokinYerMomma接近正确的解释。

当您谈论金属/合金的机械性能时,我们必须考虑晶格结构。在这种情况下,我们不关心太多的化学反应。

您会看到,两种现象导致了这种观察:

1. 重结晶

金属/合金被拉成丝的能力称为延展性。当通过各种直径减小的模具拉制焊丝的坯料时,它会经历称为应变硬化的过程,与相同合金的初始立方坯料相比,它具有更大的弹性 (即,反复弯曲而不会轻易破裂)对剪切/变形力的抵抗力。因此,当您熔化它时,它会失去应变硬化并经历重结晶,这使其显得更脆

2. 晶格结构的完善

金刚石是最硬的材料,不仅因为其键合,还因为其完美的晶格结构。如果您比较小立方体(例如1mm 3和大立方体,例如20mm 3)的化学相同合金/金属/混合物的晶格的完美程度,您会发现较小的立方体更完美,因此更坚固/更硬即使它们的化学成分完全相同,它也比较大的立方体(这是@LongStrokinYerMomma用户在该论文摘要中指出的内容

要使日常使用起来更简单,可以考虑折断一根棍子,您可以轻松折断一根2英尺长的棍子,而不能折断10厘米长的棍子,是的,在这种情况下,杠杆作用/扭矩臂起作用,但是您明白了


您的逻辑:

焊丝由于是空心的或具有助焊剂芯而密度较小,因此似乎更容易弯曲。这似乎不太可能,因为锡晶须尽管较细,但似乎比焊锡丝要硬得多。

是完全有效的,部分解释了为什么焊锡丝柔软。但是请注意,断言在电路板上的焊锡与从其发出的焊锡一样软是绝对不正确的。


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您似乎在接受某些东西(与此处投票最多的答案不同)。例如,《 Tu Solder Joint Technology:材料,特性和可靠性》这本书的一本书在书的最后有一章涉及到焊料中的韧性到脆性转变。这是在合金焊料形式等上最常见的材料之后。铜-锡反应确实是所述转变的一个因素。但是,您的帖子的某些部分基于类推(与菱形等)得出的推论相当微弱,但实际上可能不成立。
嘶嘶声

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电路板上的焊锡与它的焊锡一样软,因为它是相同的材料。但是,焊锡丝不受任何支撑,因此感觉更易弯曲。请注意,柔软度与可弯曲度不同。焊锡丝也可以感觉到更柔软,例如用指甲捏住,这是因为大多数焊锡是空心的,带有柔软的助焊剂芯,并且您会通过捏合而塌陷。

电路板上的焊料通常是一薄层,该薄层由电路板本身通过一薄层铜很好地支撑着,而任何器件的引脚都被焊接了下来。这使它比不支持的电线难得多。


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相同的材料……铅笔芯,木炭和钻石也是如此,但它们的硬度/硬度并不相同。而且甚至还没有进行冷加工或对诸如铜之类的材料进行退火处理。
路人2015年

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从底层支撑物(如铜)上切下的焊料仍比焊料融化之前坚硬。op提出了关于锡晶须的观点。
路人2015年

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@Passerby木炭和钻石不是同一材料,即使其中一种可以通过将另一原子重新排列而制成。
user253751

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@Passerby:我刚刚做了一个实验,从板上的大电流迹线中切出2cm厚的60/38/2焊料,将其形成大约1mm的厚度,然后放一个和一个1mm厚的相同类型的焊料(应该是甚至连它发来的一卷都放在我的第三只手上,上面挂着一个脂肪功率晶体管,两者都像湿意大利面一样弯下腰。令我惊讶的是,我会在工厂猜测形成一种合金,使焊料也熔化一次。
PlasmaHH 2015年

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@Passe:木炭和钻石包含相同的原子,但是它们是非常不同的材料。原子的排列方式很重要。就焊料而言,两者都是冻结的,导线和板上的斑点是锡和铅的相同冻结合金。由于其熔化和加工的精确程度,硬度会有一定的差异,但是与石墨,金刚石和各种均由碳原子制成的富勒烯不同,两者仍基本上是相同的材料。
Olin Lathrop

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一切都与形状有关。一小串尼龙珠很硬。尼龙纤维(例如钓鱼线)是柔性的。玻璃和其他材料的同上。玻璃可以是硬质的水晶球,也可以是柔韧的窗玻璃,布或墙壁上的柔软蓬松的隔热材料。


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我在答案中看不到另一件事:

卷轴上的大多数焊料的芯中都有助焊剂。该助焊剂的质量可能高达焊锡丝的45%,并在焊接过程中被烧掉。助焊剂比金属具有更大的柔韧性,因此焊锡丝中的实际金属量实际上少于基重,从而使整体焊锡丝更具柔韧性。

助焊剂的目的是清洁要焊接的表面,这是我们看到的在焊接过程中燃烧掉的物质。


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在这里,我要四肢冒昧地说,焊料的金属晶体结构与其机械性能之间存在基本关系。本文说:

抽象

随着电子学中集成密度的不断提高,用于电子部件的互连的尺寸已被缩小到与其晶体学结构可比的规模。例如,倒装芯片封装中的SnAgCu焊点只能包含一个或几个晶粒。在这种情况下,预计微接头的机械性能将从多晶基转变为单晶。


欢迎使用EE:SE!从您在此处发布的任何链接中添加一些信息是一个好主意,这样,当链接消失时,您的答案仍然有用。我建议您进行修改,以将部分摘要添加到您的答案中-如果您认为自己的摘录更好,请随时对其进行编辑。
Greg d'Eon 2015年
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