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焊錫（一種熔點較低的焊料）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-20

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焊錫

一種熔點較低的焊料

焊錫是在焊接線路中連接電子元器件的重要工業(yè)原材料，是一種熔點較低的焊料，主要指用錫基合金做的焊料。焊錫的制作方法是先用熔融法制錠，然后壓力加工成材。

焊錫廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、家電制造業(yè)、汽車制造業(yè)、維修業(yè)和日常生活中。

基本信息

中文名	焊錫
外文名	solder
含義	熔點較低的焊料
熔點	183度
制造工藝	熔融法制錠，壓力加工成材
應(yīng)用領(lǐng)域	電子業(yè)、制造業(yè)、維修業(yè)等

收起

簡介

焊錫材料是電子行業(yè)的生產(chǎn)與維修工作中必不可少的，通常來說，常用焊錫材料有錫鉛合金焊錫、加銻焊錫、加鎘焊錫、加銀焊錫、加銅焊錫。

標準焊接作業(yè)時使用的線狀焊錫被稱為松香芯焊錫線或焊錫絲。在焊錫中加入了助焊劑。這種助焊劑是由松香和少量的活性劑組成。

焊接作業(yè)時溫度的設(shè)定非常重要。焊接作業(yè)最適合的溫度是在使用的焊接的熔點+50度。烙鐵頭的設(shè)定溫度，由于焊接部分的大小，電烙鐵的功率和性能，焊錫的種類和線型的不同，在上述溫度的基礎(chǔ)上還要增加100度為宜。

焊錫主要的產(chǎn)品分為焊錫絲，焊錫條，焊錫膏三個大類。應(yīng)用于各類電子焊接上，適用于手工焊接，波峰焊接，回流焊接等工藝上。

焊錫

分類

有鉛焊錫

由錫（熔點232度）和鉛（熔點327度）組成的合金。其中由錫63%和鉛37%

焊錫

組成的焊錫被稱為共晶焊錫，這種焊錫的熔點是183度。

無鉛焊錫

為適應(yīng)歐盟環(huán)保要求提出的ROHS標準。焊錫由錫銅合金做成。

使用分類

錫線

標準焊接作業(yè)時使用的線狀焊錫被稱為松香芯焊錫線或焊錫絲。如圖所示，在焊錫中加入了助焊劑。這種助焊劑是由松香和少量的活性劑組成。

焊錫

錫條

焊錫經(jīng)過熔解-模具-成品；形成一公斤左右長方體形狀。

錫膏

錫膏（solderpaste）也稱焊錫膏，是由超細（20~75μm）球形焊錫合金粉末、助焊劑及其它添加物混合形成的膏狀體系。

研究進展

錫（Sn）是一種常見的低熔點金屬，無毒害，延展性好，常溫下物理化學(xué)性質(zhì)都相當穩(wěn)定，能抗有機酸腐蝕，與諸多金屬生成化合物。傳統(tǒng)焊錫多以錫鉛為主要成分，這種材料以其熔點低、焊接性能好、價格優(yōu)惠而成為一種經(jīng)典產(chǎn)品被使用至今。但鉛的大量使用會給人類和環(huán)境帶來極大的危害，日本、歐盟、美國、中國等國家和地區(qū)都積極立法限制鉛的使用。

國內(nèi)外對于焊錫粉的研究主要集中于顆粒粒度及其尺寸分布、抗氧化性、多元合金不同成分配比以及添加微量元素的作用等方面。對于助焊劑則主要集中于成分及其比例、擴展率、粘性、腐蝕性等方面。

1、高溫無鉛焊錫膏

1） Sn-Ag（-Cu）系

Sn-Ag系共晶成分為Sn3.5Ag，共晶點為221℃。此系列發(fā)展最成熟的是Sn-Ag-Cu （SAC）系，Sn3Ag0.5Cu（SAC305）是此系列的經(jīng)典產(chǎn)品。這種合金具有優(yōu)良的物理性能和高溫穩(wěn)定性，其焊接后的連接強度與傳統(tǒng)錫鉛共晶焊錫相同，甚至更高。在剛剛開始推行無鉛化時，大多數(shù)廠商都會選擇SAC305。由于Ag價格的不斷攀升，各機構(gòu)都在致力研究含Ag在1%以下的低銀焊錫膏。

2004年，含Ag為0%~8%，Cu為0%~5%的SAC焊錫，此焊料可以滿足回流溫度但無法消除立碑效應(yīng)。2006年，Ag為0.3% ~0.4%的Sn-Ag-Cu-P焊錫，其聲明具有和SAC305相同的可焊性、導(dǎo)電性、力學(xué)性能、并且可減少Ag與酸堿反應(yīng)帶來的毒性問題。2010年，一種Sn-Ag基焊料，Ag含量為0.2%~1.0%，并添加微量的Sb、Cu或Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo或P、Ga、Ge。添加這些元素可以提高其機械強度，但若添量過高則合金的液相溫度也會隨之升高。

Koki研制的低銀焊錫膏組分為Sn0.1Ag0.7Cu0.03Co，熔點為217~227 ℃。銀添加量的減少，使得產(chǎn)品市場波動性降低。鈷可防止由熱循環(huán)導(dǎo)致的組織變化，可保持組織致密，抑制時效性金屬間化合物的偏析及凝聚，成本比SAC305減少10%~20%。Genma開發(fā)的低成本無銀焊錫其組分為Sn0.7Cu0.03Ni0.01Co0.005Ge，熔化溫度為226~228℃，添加鎳和鈷可以提高焊錫的強度和可靠性，其成本比SAC305減少54%。

2）Sn-Cu系

Sn-Cu的共晶成分為Sn0.7Cu，共晶溫度高達227 ℃。由于Cu和Sn合金是以兩種金屬間化合物Cu6Sn5（η）和Cu3Sn（ε）的形態(tài)分散在Sn中。 Cu6Sn5為良性合金層，呈球狀結(jié)晶，強度高，是焊點電接觸性能和強度的根本保證；而Cu3Sn是劣性合金層，它位于銅層與Cu6Sn5之間，呈骨針狀結(jié)晶，脆性，直接影響到焊點的電接觸和強度性能，并會造成不潤濕現(xiàn)象。

目前對此合金系的改性主要表現(xiàn)在添加微量的Ni、Ag、Bi等，用于增加焊料的流動性及其機械性能。此款焊料的優(yōu)點是價格便宜，且可以抑制焊料工作時對PCB焊盤Cu層的浸析。

3）Sn-Sb系

Sn-Sb合金熔化區(qū)間較窄為240~250 ℃，比較主流的合金比例有：Sn5Sb、Sn10Sb。 Sn5Sb被認為可能替代Sn40Pb，其潤濕角為35°~55°，比Sn40Pb的20°~35°范圍要廣，且在100℃時有著良好的剪切強度。常溫下Sn5Sb的組織由體心四方結(jié)構(gòu)的β-Sn和面心立方結(jié)構(gòu)的β-Sn-Sb相組成。隨著Sb含量的增加，Sn-Sb相顆粒在Sn基體中沉淀，其力學(xué)性能也隨之提高。

2、中溫無鉛焊錫

1）Sn-Bi-Ag（Cu）系

Sn-Bi-Ag合金的共晶成分為Sn58Bi0.3Ag。Hiroshi Ohtani等研究發(fā)現(xiàn)：其熔點接近Sn-Bi合金，當Bi含量接近50%時，其固液相區(qū)溫度間隔小于10 ℃；當Ag的含量大于2%時，生成金屬間化合物Ag3Sn。 Sebo等對Sn100-x Bi10Agx （x=3%-10%）焊料進行了研究，發(fā)現(xiàn)Cu3Sn層僅存在于Cu基界面處，Cu6Sn5存在于基質(zhì)界面及焊料內(nèi)部，Ag僅僅存在于Ag3Sn中。 Ag含量的改變不會顯著改變其接頭的微觀結(jié)構(gòu)，但Ag3Sn的尺寸會隨Ag的增加而長大；Cu3Sn層的厚度會隨Ag的增加而減小。由于Ag為貴金屬，會添加微量的Cu來代替Ag。

2）Sn-Zn系

Sn-Zn共晶（Sn9Zn）點199 ℃，比SAC的共晶溫度（217℃）低20℃，比Sn-Pb的（183℃）高15℃，是熔點最接近Sn-Pb熔點的合金。通常情況下，焊接部分的凸點下金屬（UBM）使用銅，而使用Sn-Zn合金就會生成鋅和銅的金屬化合物，這種金屬化合物在高溫高濕環(huán)境下會變?nèi)彳?，連接強度會變?nèi)?，但只要在凸點下金屬上使用鎳電鍍或金電鍍就可以解決此類問題。另外，由于Zn活性高，極易氧化，工藝條件難控制等缺點，目前在國內(nèi)的應(yīng)用并不廣泛，未來應(yīng)用前景非常廣闊。

3、低溫無鉛焊錫

Sn-Bi系

Sn-Bi合金共晶（Sn58Bi）點為139 ℃，采用這種焊料的實裝溫度可降到200℃以下。Sn-Bi系無鉛焊料具有熔點低、潤濕性良好的優(yōu)點，Sn58Bi共晶合金應(yīng)用于主板封裝已經(jīng)超過20年。但由于其易偏析，焊接接頭容易剝落等缺陷限制其應(yīng)用范圍。

4、助焊劑

助焊劑主要由活性劑（松香、有機鹵化物等）、表面活性劑（以烷烴類或氟碳類等高效表面活性劑為主）和溶劑組成。除以上組分外，助焊劑往往根據(jù)具體的要求而添加不同的添加劑，如成膜劑、抗氧化劑、緩蝕劑、消光劑、阻燃劑、觸變劑等。

目前SMT軟釬焊工藝生產(chǎn)中使用的助焊劑，根據(jù)其后繼清洗工藝分為溶劑清洗型、水清洗型和免清洗型3種。

有鉛焊錫用途

合金成分	熔點°C	松香含量%	用途	線徑	每卷重量
Sn63/Pb37 Sn60/Pb40	183-190	1.0-3.0	熔點最低，抗拉強度各剪切強度高，潤濕性好	0.3mm至3.0mm	0.5kg1.0kg3.0kg11b21b
Sn55/Pb45 Sn50/Pb50	183-203 183-216	1.0-3.0	一般電子、電氣、玩具行業(yè)使用
Sn45/Pb55 Sn40/Pb60 Sn35/Pb65Sn30/Pb70	183-227 183-238 183-247 183-255	1.0-3.0	使用于制罐業(yè)、汽車制造業(yè)、保險絲及要求不高的焊接場所

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