1〉,靜態熔融焊料的氧化根據液態金屬氧化理論,熔融狀態的金屬表面會強烈的吸附氧,在高溫狀態下被吸附的氧分子將分解成氧原子,氧原子得到電子變成離子,然后再與金屬離子結合形成金屬氧化物.暴露在空氣中的熔融金屬液面瞬間即可完成整個氧化過程,當形成一層單分子氧化膜后,進一步的氧化反應則需要電子運動或離子傳遞的方式穿過氧化膜進行,靜態熔融焊料的氧化速度逐漸減小;熔融的SnCu0.7比Snpb37合金氧化的要快.

畢林-彼德沃爾斯(Pilling Bedworth)理論表明:金屬氧化膜是否致密完整是抗氧化的關鍵,而氧化膜是否致密完整主要取決于金屬氧化后氧化物的體積要大于金屬氧化前金屬的體積;熔融金屬的表面被致密而連續氧化膜覆蓋,阻止氧原子向內或金屬離子向外擴散,使氧化速度變慢.氧化膜的組成和結構不同,其膜的生長速度和生長方式也有所不同;熔融SnCu0.7和Snpb37合金從260℃以同等條件冷卻凝固后,SnCu0.7的表面很粗糙,Snpb37的而表面較細膩.從這一角度反映了液態SnCu0.7合金氧化膜得致密完整度較Snpb37要差.

他們在研究中發現,在沒到達氧化壓之前,熔融錫液具有抗氧化能力.壓力達到4×10－4Pa至8.3×10－4Pa范圍時,氧化開起發生.在這個氧分壓界限上,觀察到了在熔融錫表面氧化物"小島"的生長.這些小島的表面非常粗糙,并且從清潔錫表面的X射線鏡面反射信號一致減少,這種現象可以證明氧化碎片的存在.表面氧化物的X射線衍射圖案不與任何已知的Sn氧化物相相匹配,而且只有兩個Bragg峰出現,它的散射相量是√3/2,并觀察到強度很明確的面心立方結構.通過切向入射掃描(GID)測量了熔融液態錫表面結構,并與已知錫氧化物進行比較.可以說熔融液態錫在此溫度和壓力情況下,在純氧中的氧化物相結構不同于SnO或SnO2.

另外,不同溫度下SnO2與PbO的標準生成自由能不同,前者生成自由能低,更容易產生,這也在一定程度上解析了為什麼無鉛化以后氧化渣大量的增加.表一列出了氧化物的生成Gibbs自由能,可以看出SnO2比其他氧化物更易生成.通常靜態熔融焊錫的氧化膜為SnO2和SnO的混合物. 氧化物按分配定律可部分溶解于熔融的液態焊料,同時由于溶差關系使金屬氧化物向內部擴散,內部金屬含氧逐步增多而使焊料質量變差,這在一定程度上可以解釋為何經過高溫提煉(或稱還原)出來的合金金屬比較容易氧化,且氧化渣較多;氧化膜的組成,結構不同,其膜的生常速度,生長方式和氧化物在熔融焊料中的分配系數將會有很大差異,而這又和焊料的組成密切相關.此外,氧化還和溫度,氣相中氧的分壓,熔融焊料表面對氧的吸收和分解速度,表面原子和氧原子的化合能力,表面氧化膜的致密度,以及生成物的溶解,擴散能力等有關.

2〉,動態熔融焊料的氧化波峰焊接過程中廣泛使用雙波峰,個波峰為汌流波峰,其波面寬度比較窄,熔融焊料流速比較快;第二個波峰為層流波,波面平整穩定,如一面鏡子,流速較慢.波的表面不斷有新的熔融焊料與氧接觸,氧化渣是在熔融焊料快速流動時形成的,它與靜態氧化有很大的不同,動態時形成的焊料渣有三種形態:

a,表面氧化膜錫爐中的熔融焊料在在高溫下,通過其在空氣中的暴露面和氧相互接觸發生氧化.這種氧化膜主要形成于錫爐中相對靜止的熔融焊料表面呈皮膜狀,主要成分是SnO.只要熔融焊料表面不被破壞,它就能起到隔絕空氣的作用,保護內層熔融焊料不被繼續氧化.這種表面氧化膜通常占氧化渣量的10%左右.

b,黑色粉末這種粉末的顆粒都很大,產生于熔融焊料的液面和機械泵軸的交界處,在軸的周圍呈圓形分布并堆積.軸的高速旋轉會和熔融焊料發生摩擦,但由于熔融焊料的導熱性很好,軸周圍熔融焊料的溫度并不比其它區域的溫度高.黑色粉末的形成并不是應為摩擦溫度的升高所致,而是軸旋轉造成周圍熔融焊料面的漩渦,氧化物受摩擦隨軸運動而球化.同時摩擦可造成焊料顆粒的表面能升高而加劇氧化;約占氧化渣量的20%左右.

C,氧化渣機械泵波峰發生器中,存在著劇烈的機械攪拌作用,在熔融焊料槽內形成劇烈的漩渦運動,再加上設計的不合理造成的熔融焊料面的劇烈翻滾.這些漩渦和翻滾運動形成的吸氧現象,空氣中的氧不斷被吸入熔融焊料內部.由于吸入的氧有限,不能使熔融焊料內部的氧化過程進行得像液面那樣充分,因而在熔融焊料內部產生大量銀白色沙粒狀(或稱豆腐渣狀)的氧化渣.這種渣的形成較多,氧化發生在熔融焊料內部,然后再浮向液面大量堆積,甚至占據焊料槽的大部分空間,阻塞泵腔和流道,導致波峰高度不斷下降,甚至損壞泵葉和泵軸;另一種是波峰打起的熔融焊料重新流回焊料槽的過程中增加了熔融焊料與空氣中氧的接觸面,同時在熔融焊料槽內形成劇烈的漩渦運動形成吸氧現象,從而形成大量的氧化渣.這兩種渣通常占整個氧化渣量的70%,是造成浪費的.應用無鉛焊料后將產生更多的氧化渣,且SnCu多于SnAgCu,典型結構是90%金屬加10%氧化物.

日本學者Tadashi Takemoto等人對SnAg3.5,SnAg3.0Cu0.5,Sn63Pb37焊料進行試驗,發現所有焊料的氧化渣重量都是通過線性增長的,三種焊料氧化渣的增長率幾乎相同,也就是其增長速率與焊料成分關系不大.氧化渣的形成與熔融焊料的流體流動有關,流體的不穩定性及瀑布效應,可能造成吸氧現象及熔融焊料的翻滾,使氧化渣的形成過程變得更加復雜.另外,從工藝角度講,影響氧化渣產生因素包括波峰高度,焊接溫度,焊接氣氛,波峰的擾度,合金的種類或純度,使用助焊劑的類型,通過波峰PCBA的數量及原始焊料的質量等.