液滴形狀分析(Drop shape analysis, DSA)是一種從水滴的圖像確定接觸角，從懸滴的圖像確定表面張力或界面張力的圖像分析方法。與此同時可通過測量不同極性液體的接觸角，計算出固體表面的自由能(SFE)。

液滴性狀分析可將測試液體滴在固體樣品上(一般用于測試接觸角)或液滴懸滴于針尖上(一般用于測試液體表面能)。液滴的圖像可利用相機記錄下來，并在分析軟件中通過對液滴的輪廓進行擬合，可分析得出液滴在固體表面的接觸角或計算得出液體的表面張力。

接觸角的測量

接觸角指的是液滴和樣本表面之間的角度，液滴與固體基底接觸得表面稱為基線。

接觸角的測量

接觸角(潤濕角)可用于評價液體對固體表面的潤濕性。在固體表面被液體全潤濕的情況下，接觸角為0°。接觸角在0°和90°之間，固體是可潤濕的，90°以上是不可濕的。在具有蓮花效應的超疏水材料中，接觸角接近180°的理論極限。

液體表面張力的測量

液滴的形狀是由表面張力或界面張力與重力的關系決定的。在接觸角測量儀的懸滴法測試中，表面張力或界面張力由懸滴的陰影圖像通過水滴形狀分析來計算。

在進行測量時，我們通過逐步增加液滴的體積，使液滴形狀接近于梨形，然后通過從視頻圖像上確定液滴的形狀擬合正確。最終根據密度差?ρ和計算液體表面張力。

固體表面能的測量

固體的表面能是研究潤濕性和附著力之間的相互作用，同一固體表面接觸不同極性的液體其接觸角也不同，因此表面能通常是借助幾種液體的接觸角間接計算得到的。

OWRK方法是從與幾種液體接觸角計算固體表面自由能的標準方法。固體表面能分為極性部分和色散部分，一般使用的測試液體是水，如有需要也可自備其他液體測試。

焊接學從學科分類屬于釬焊學，釬焊就是將比母材熔點低的金屬材料熔化，使其與母材結合到一起。釬焊有硬釬焊(熔點≥450℃) 和軟釬焊(熔點≤450℃的錫-鉛系焊料焊) 兩種。

用錫-鉛系焊料焊接銅、黃銅、銀、金等金屬時，焊料在金屬表面產生潤濕，作為焊料成份的錫金屬就向母材金屬擴散，在界面上行成合金屬，使兩者結合在一起。上述錫焊過程即是潤濕-擴散-冶金結合過程。

1.2 錫焊機理

所謂焊接就是在兩個金屬之間熔入焊料，通過加熱，焊錫和金屬互相擴散而形成合金層，通過金屬鍵連接起來。也可以說是由金屬表面的潤濕現象而形成的連接方法。

這種連接最大的優(yōu)點就是幾乎看不出被焊件的變化。還有就是導電性能好、可得到足夠的機械強度、焊接所需工具簡單、操作溫度低。

1.2.1 潤濕

潤濕是熔融焊料在被焊母材表面進行充分的擴展并形成一個附著層。

條件：必須要求焊料合母材表面清潔。

解決辦法：良好的焊接，必須使用助焊劑。助焊劑的作用在于熔解氧化物并使金屬表面活化，其最終目的是使焊料在母材表面產生良好的潤濕?？梢哉f，潤濕是焊接的首要條件，沒有潤濕也就不可能焊接。

1.2.2 擴散

用焊料焊接母材時，伴隨著潤濕現象，還會產生焊料向母材擴散的現象。

通常，金屬原子在晶格點陣中處于熱振動狀態(tài)，一旦溫度升高，原子從一個晶格點陣中移到另一個晶格點陣的現象稱為擴散現象，此時的移動速度和擴散數量取決于加熱溫度和時間。

從現象上看，擴散可分為四類：表面擴散、晶內擴散、晶界擴散、選擇擴散。

1.2.3 冶金結合

要得到良好的焊接效果，必須生成適當的合金，即得到牢固的冶金結合狀態(tài)，通常必須得到固熔體或金屬間化合物。其冶金結合狀態(tài)，生成何種合金，組織狀態(tài)，厚度等，將決定焊點的強度和理化特性。

1.3  錫焊要素及相互作用

錫焊有關的系統(tǒng)由：母材、助焊劑、焊料等三個基本要素組成。

為了真正的了解錫焊的現象，不僅應知道個別的物理特性(強度、熔點、表面張力、粘度等)，對各要素的相互作用進行探討也是非常必要的。

近代錫焊理論深入的探討了錫焊母材和焊料之間的作用，對潤濕、擴散、合金層的形成(特別是定量的得出在何種溫度形成何種合金)以及對熔蝕現象給出了定性和定量的解釋。錫焊理論還進一步探討了當介入助焊劑之后發(fā)生的變化，這就更接近于實踐的過程，從而建立了三角關系。

1.4 助焊劑與母材的反應

進行錫焊首要條件是熔融焊料能與母材良好的潤濕。潤濕是焊接的最基本的因素，沒有潤濕就不可能焊接。

1.4.1. 去除氧化膜

金屬表面覆蓋氧化膜的情形很多。為了使母材表面能很好的潤濕，必須去除氧化膜，助焊劑就是起到把母材表面的氧化膜進行化學溶解或還原的作用。

a) 用松香去除氧化膜：松香是錫焊通用的助焊劑。它主要成分是松香酸，該酸具有去除氧化膜的作用。松香的熔點在74℃以下和300℃以上則無活性。松香酸在常溫下不能和Cu2O起反應，約在170℃呈活性反應能去除氧化膜，所以作為焊性用助焊劑是適合的。

b) 熔融鹽去除氧化膜：一般用溶融鹽去除氧化膜就是用Cl-、F-使母材氧化物變成氯化物或氟化物。根據反應結果能否生成氯化物或氟化物即可判斷助焊劑能否去除氧化物。

焊接的基本要求

焊接的基本要求表現在4個方面：焊點應接觸良好，焊點應具有足夠的強度，焊點的外觀應美觀，元器件不能受到電、熱、機械的選應力損傷(持別貼片元器件)。

1.6.1 焊點應接觸良好

a) 形成合金層

保證被焊件間能穩(wěn)定可靠，通過一定的電流就必須做到焊料與被焊件的表面形成合金層。而決不是把焊料簡單的堆附在被焊件的表面上，或只有一部分形成合金，其余部分未形成合金。這樣未形成合金層或部分形成合金的焊點被稱為虛焊。

虛焊的焊點在短期內可能發(fā)現不了問題，但是時間一長，未形成合金的表面經過氧化，使接觸電阻變大，就會出現通過的電流變小或通不過電流造成開路。此時，焊點的外觀(表面)未發(fā)生變化，用眼睛不易檢查出來，即使用儀器檢查也不容易準確判斷。因此，要想使電子產品能長期可靠的工作，至關重要的是一定要消滅虛焊現象。

b) 潤濕機理

焊點的接觸是否良好，一般用潤濕角表達，如見圖1所示：

放置一液滴在固體表面時，根據固體與液體的性質，液滴將具有一定的形狀。如下。

此時把液體固體處接觸的夾角稱為接觸角(也稱潤濕角)。潤濕角是焊料與被焊件溶合交界點處，在焊料園孤面上該點處作的切線與被焊件平面之間、從焊接中心形成的夾角。

它是衡量潤濕性的尺度。一般有下列幾種情況(見圖3)：

幾種潤濕角圖解

α=180°，表示全不潤濕，即焊料只是放在被焊件的表面上，全沒有形成合金層。

180°>α≥90°，表示不潤濕，即焊料只是堆附在被焊件的表面上，少許形成合金層。

30°<α<90°，只能表示半潤濕，即部分形成合金。

α<30°，表示全潤濕，即形成了全的合金層。

一個好的焊點的評定標準就是看焊點是否全部潤濕接觸。良好的焊接沒有半潤濕和不潤濕。

1.6.2 焊點具有足夠的強度

為使焊件不致脫落，焊點必須具有足夠的機械強度。錫鉛焊料的主要成分是錫和鉛，這兩種金屬的機械強度都比較低，為增加焊點的強度，一般要求被焊件端子的表面形成合金層的面積要足夠大，以增加焊接點的機械強度。焊點的焊料太少，強度當然不夠。焊料過多，不但不會增加焊點的強度，反而會增加焊料的消耗，還容易造成短路或虛焊等其它問題。

1.6.3 焊點的外觀美觀

焊點表面應呈現出光滑狀態(tài)，不應出現棱角或拉尖等現象。

產生拉尖的原因與焊接溫度、時間、撤去烙鐵頭的方向(運動軌跡)、速度及焊劑等因素有關。

1.6.4 元器件不能受損傷

a) 元器件在焊接過程中易受外界施加的機械過應力(引腳成形、與焊盤孔不匹配、焊后引腳存在內應力)、熱過應力(超過元器件耐熱限度、溫度激變、基板與元器件熱膨脹系數不匹配)和電過應力(漏電、靜電、放電)而損傷。已裝機的元容器件損傷，一般用肉眼是看不出來的，必須借助于顯微鏡外觀質量檢查、熱成像儀檢查元器件內部過熱點的排查、高可靠環(huán)境應力試驗(高溫貯存試驗、溫度沖擊或循環(huán)試驗、振動試驗)和電應力試驗(高溫電老煉試驗和三溫測試)等試驗才能暴露早期失效的產品，而輕傷還是無法有效剔除。從元器件使用失效分析統(tǒng)計，近半元器件使用失效與電裝操作不當有關，特別是在貼片元器件使用不當造成失效的案例特別多。

b) 無鉛元器件、貼片元器件手工焊接更容易損傷，在國外電子產品除返修之外，一般均不再采用手工焊了，因手工焊接時受外界不確定的人為因素太多，無法有效控制。但手工焊並非不能應用，國內航天均會走過這個過程，因此在不具備載流焊等電裝工藝之前，從須加強專項的貼片元器件電裝知識的培訓，除熟知相關電裝標準、焊接知識之外，還要提高每個人的實際操作技能和考核、日常有效監(jiān)督、檢查顯得十分重要和迫切，我們切不能輕視。