如何提高锡焊料的润湿性能
In元素具有与Bi相似的表面活性作用，可降低钎料的表面张力，改善润湿性。Sn - Zn无铅钎料中加入In可以降低钎料的熔点，Sn - 9Zn - 5In和Sn - 9Zn - 10In钎料的熔点分别为188℃和178℃，接近共晶Sn-Pb钎料，同时液态钎料的表面张力降低，润湿性提高。
研究结果还显示，在Sn - 8Zn - 3Bi基础上加入的In含量为0.5％(质量分数)时，钎料表面张力降低最为明显，已接近Sn60 - Pb40钎料的水平，钎料在铜基板上的润湿力明显上升。
日本有人采用润湿平衡法测试Sn - Zn - Al焊料的润湿时间表明，焊料的润湿时间小于1.5s，润湿性能与Sn-Pb焊料相当。
Sn - 9Zn合金中加入合金化元素Cu，自由Zn会向Cu - Zn化合物转变，从而有效减少Zn的氧化。大连理工大学的谢海平等在此基础上，研究与分析添加不同Cu合金对钎料组织和力学性能影响，并通过在Cu基板上钎焊研究其润湿反应和界面组织变化。实验表明，Cu的加入减少了Zn原子在液态钎料表面的氧化，有效的降低钎料的表面张力，使钎料与Cu之间的润湿性得到显著提高，获得了较小的润湿角。但随着Cu含量的增加，合金熔点逐渐升高。
随着电子封装技术的发展，研制新型、实用的无铅焊来替代Sn - Pb焊料已经成为了近年来研究的重点。Sn - Zn系无铅焊料由于熔点接近Sn - Pb、价格低廉、无毒性、力学性能优良等特点，已经成为无铅焊料领域研究的热点。近几年来，针对合金润湿性能差、焊料容易氧化等方面进行了大量的研究，并取得了一定的进展，使得Sn - Zn焊料展现出了良好的应用价值。此外，尽管有的Sn - Zn系无铅焊料已经开始在实际中应用，但其应用的范围仍受制约。目前对于Sn - Zn 焊料的氧化、润湿机理的研究还不够深入。对此，今后研究的主要方面是通过微合金化、调整合金元素的成分配比来提高润湿性和抗氧化性能，得出合金元素对润湿性、抗氧化性的影响和作用机理。
焊料性质对焊接的影响 1.前言 目前各种形式的合金焊料，其最权威的国际规范为J-STD-006。此文献之最新版本为1996.6的Amendment 1，由于资料很新，故早已取代了先前甚为知名的美国联邦规范QQ-S-571。IPC还有一份重要的焊接手册IPC-HDBK-001其中之4. 1，曾定义“熔点”在430℃以下为“软焊”(Soldering)，也就是锡焊。另熔点在430℃以上称为“硬焊”（Brazing），系含银之高温高强度焊接。早期欧美业界，亦称熔点600℉（315℃）以下者为软质焊锡，800℉（427℃）以上者为硬质焊锡。原文Solder定义为锡铅含金之焊料，故中译从金旁为“焊锡”，而利用高热能进行熔焊之Soldering（注意此一特定之单字，并非只加ing而已），则另从火旁用字眼的“焊接”，两者涵义并不完全相同。 2.共熔(晶)焊锡 焊锡焊料（Solder）主要成分为锡与铅，其它少量成分尚有银、铋、铟等，各有不同的熔点（M.P.），但其主要二元合金中以Sn63/Pb37之183℃为最低，由于其液化熔点（Liquidus Point）与固化熔点（Solidus Point）的往返过程中，均无过渡期间的浆态（pasty）出现，也就是已将较高的“液化熔点”与较低的“固化熔点”两者合而为一，故称为“共熔合金”。且因其粗大结晶内同时出现锡铅两种元素，于是又称为“共晶合金”。此种无杂质合金外表很光亮之“共熔组成”（Eute ctic Composition）或“共熔焊锡”（Eutectic Solder），其固化后之组织非常均匀，几无粒子出现。其合金比例之不同将影响到熔点变化，该变化之“平衡相图（Ph ase Diagram）”，图请参考第12期TPCA会刊。 另一种组成接近共熔点的Sn60/Pb40合金，则在电子业界中用途更广，主要原因是Sn较贵，在焊锡性（Solderability）与焊点强度（Joint Strength）几无差异下，减少了3﹪的支出，自然有利于成本的降低。与前者真正共熔合金比较时，此60/40者必须经历少许浆态，故其固化时间稍长，外观也较不亮，但其焊点强度并无不同。不过后者若于其固化过程中受到外力震动时，将出现外表颗粒粗麻之“扰焊”现象（Disturbed）之焊点，甚至还可能发生“缩锡”（Dewetting）之不良情形。
常用锡铅焊料参数Solder AlloyMelting Point, °C solidus / liquidusDensity, g/cm3Electrical Resistivity, μΩ?mThermalConductivity, W/m?KTensile Strength at Break, kgf/cm2TensileElongationat Break, %BrinellHardness, HB合金成分 （合金代号） Sn90Pb10 (alloy #118) Sn63Pb37 (alloy #106) Sn60Pb40 (alloy #109) Sn55Pb45 (alloy #113) Sn50Pb50orPb50Sn50 (alloy #116) Pb55Sn45orSn45Pb55
(alloy #125) Pb60Sn40orSn40Pb60 (alloy #130) Pb65Sn35orSn35Pb65 (alloy #135)熔点℃ 固态/液态密度电阻率导热率抗拉强度延伸率布氏硬度183 / 2137.55--49040-183 / 1838.400.83 / 1918.500.6183 / 2008.68-----183 / 2128.870.83 / 2279.070.166----183 / 2389.280. / 2479.500.176---12Pb70Sn30orSn30Pb70 (alloy #141) Pb75Sn25orSn25Pb75 (alloy #145) Pb80Sn20orSn20Pb80 (alloy #149) Pb85Sn15orSn15Pb85 (alloy #153)
新型低脆性SnBi-Ni钎料 1.引言 低温无铅焊料SnBi58一直应用于低温焊接工艺(高频头、防雷元件、柔性板、二次低温回流焊、多层电路板焊接)和无铅电子产品组装焊接等，但其存在脆性较大的问题。Ni元素具有细化晶粒，提高塑性的作用，通过在锡铋焊料中添加微量合金元素镍，在一定程度上降低SnBi58钎料的脆性。 2.试样制备与试验方法 试验原料采用SnBi58钎料，向其中加入质量分数为0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的镍，使用高频感应焊机加热，在石英管中熔炼而成。整个熔炼过程中，使用氩气为保护气。 用DSC 404C型差示扫描量热仪测量焊料熔点，保护气体为氮气，温度范围40-180℃，升温速率5℃／min。 称取相同质量钎料，将等质量分数为0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的锡铋镍和对比材料SnBi58分别放在相同的纯铜片上并且均匀涂抹助焊剂，润湿试验采用R340C型号的回流焊炉中进行。回流曲线如图所示。实验后将其照为照片，利用AutoCAD的测量功能，得到各试样的铺展面积和润湿角。 将五中钎料制成纳米压痕试样，使用岛津211S纳米压痕仪进行纳米压痕试验。得到五种钎料的硬度变化规律。金相观察在奥林巴斯GX71金相显微镜上进行。 3.试验结果与分析 3.1熔化特性 1 五种钎料DSC曲线 五种钎料的DSC曲线如下图所示。从图中可以看出，在SnBi58-xNi （Ni=0.05%，0.1%，0.15%，0.2%）钎料中，添加微量的Ni元素并未对SnBi58 钎料的熔点造成显著影响。 3．2相组成与光学显微组织 图2五种钎料金相照片 在SnBi58加镍元素后，使其组织内的分布更加均匀，从而改善其性能。 SnBi58 SnBi-0.05Ni SnBi-0.10Ni SnBi-0.15Ni SnBi-0.20Ni SnBi58 139.90℃SnBi-0.05Ni 139.69℃SnBi-0.10Ni 139.90℃SnBi-0.15Ni 140.18℃SnBi-0.20Ni 139.27℃
焊锡的定义： 一般来说，焊锡是由锡（融点232度）和铅（熔点327度）组成的合金。 其中由锡63％和铅37％组成的焊锡被称为共晶焊锡，这种焊锡的熔点是183度。 当锡的含量高于63%,溶化温度升高,强度降低.当锡的含量少于10%时,焊接强度差,接头发脆, 焊料润滑能力变差.最理想的是共晶焊锡.在共晶温度下,焊锡由固体直接变成液体,无需经过 半液体状态.共晶焊锡的熔化温度比非共晶焊锡的低,这样就减少了被焊接的元件受损坏的机 会.同时由于共晶焊锡由液体直接变成固体,也减少了虚焊现象.所以共晶焊锡应用得非常的 广泛. 常用的焊锡是锡铅合金焊锡： 纯锡Sn(Stan-num)为银白色，有光泽，富有延展性，在空气中不易氧化，它的熔点为232℃。锡能与大多数金属熔融而形成合金。但纯锡的材料呈脆性，为了增加焊料的柔韧性 和降低焊料的熔点，必须用另一种金属与锡融合，以缓和锡的性能。 纯铅Pb(Plum-bum)为青灰色，质软而重，有延展性，容易氧化，有毒性，纯铅的熔点为327℃。 当锡和铅按比例融合后，构成锡铅合金焊料，此时，它的熔点变低，使用方便，并能与大多 数金属结合。 焊锡的熔点会随着锡铅比例的不同而变化，锡铅合金的熔点低于任何其它合金的熔点。优质 的焊锡它的锡铅比例是按63%的锡和37%的铅配比的，这种比例的焊锡，其熔点为183℃。 有些质量较差的焊锡熔点较高，而且凝固后焊点粗糙呈糠渣状，这是由于焊锡中铅含量过高 所致。 合金成份熔点℃松香含量％用途 Sn63/Pb37 183 1.0-3.0 熔点最低,抗拉强度与剪切强度高,润湿好,适用于高档电子产品或高要求的电 子﹑电气工业使用。 Sn60/Pb40 183-190 Sn55/Pb45 183-203 一般电子﹑电气﹑玩具行业使用。 Sn50/Pb50 183-216 Sn45/Pb55 183-227 使用于制罐业﹑汽车制造业﹑保险丝及要求不高的焊接场所或作其它用途。 Sn40/Pb60 183-238 Sn35/Pb65 183-247 Sn30/Pb70 183-255 无铅选择：锡/银/铜/铋系统 锡/银/铜/铋的最佳化学成分，从SMT制造的观点来看，是很有用的，特别是因为它提供较低的回流温度，这是需要的关键 所在。 最佳化学成分 在锡/银/铜/铋系统中的三个元素都会影响所得合金的熔点1,2。目标是要减少所要求的回流温度；找出在这个四元系统中每个元素的最佳配剂，同时将机械性能维持在所希望的水平上，这是难以致信的复杂追求，也是科学上吸引人的地方。 以下是在实际配剂范围内一些有趣的发现(所有配剂都以重量百分比表示)： 熔化温度随着铜的增加而下降，在0.5%时达到最小。超过0.5%的铜，熔化温度几乎保持不变。
錫銀鉍無鉛銲錫之潤溼性評估與微結構分析 在本研究中，自行熔煉三元錫銀鉍之銲錫，而其中添加於共晶錫銀成份的鉍元素主要的作用在於促進銲錫的潤溼性以及降低合金的熔點。自製銲錫的基本物理性質, 如: 熔點、熱膨脹係數、密度等均為量測分析之重點。而潤溼性部份的評估則藉由兩種不同的實驗方式來量測，一為wetting balance 方法；另一則為直接量測sessile drop 的接觸角。 在三元銲錫的微觀結構中發現，其非為單一相，而是由富錫相、富鉍相以及富銀相所組成的。此外，從DSC的分析結果得知，經由添加～5wt%鉍可使二元錫銀的熔點從221°C降低至215°C。 利用Pendant Drop 的方式量取液態銲錫的表面張力，結果顯示當鉍含量從 0 wt%增加至5.5 wt%（亦即銀含量減少），銲錫的表面張力值592 減低至530 dynes/cm。這應該由於在錫、銀、鉍中，鉍元素的表面張力最低而銀元素的表面張力則最高，所以鉍會降低銲錫之表面張力，反之，銀則會提高表面張力。在Sn-Ag/PtAg/Al2O3及 Sn-Ag/Cu/Al2O3系統中，量得之接觸角約為70°, 而在Sn-Ag-5.5Bi/PtAg/Al2O3及Sn-Ag-5.5Bi/Cu/Al2O3系統中，其接觸角則分別減小至40°及60°。實驗結果顯示，隨著鉍含量增加（0~5.5wt%），接觸角會隨之減小。 溫度對於潤溼性的影響也在本研究中加以討論。以共晶錫鉍系統而言，當溫度由179°Ｃ升高至240°Ｃ時，SnBi/ Cu/Al2O3與 SnBi/PtAg/Al2O3系統之接觸角從130°降低至60°～40°。由於在溫度升高時，銲錫的流動性也提高，銲錫可較自由的流動，接觸角會因此而降低。此外，溫度通常也具有降低表面張力的效果，此亦為增進潤溼性的原因之一。 在本研究中，除了利用wetting balance作接觸角的量測之外，還使用了另一台可直接量測sessile drop 接觸角之儀器。配合較錫/基板間接觸角量測之
1．作用和特性 焊料（60％）的锡和40％的铅）镀层应具有双重目的。它既用来作为金属抗蚀层，也用来作为以后要焊接元、器件的可焊性基体。因为这种镀出的合金近于锡/铅的低共熔点（63的锡/37的铅，熔点为367℉）；因此它是很容易热熔的，这就使得它很可焊。大多数PCB制造厂商，要电镀金属化孔。当为了保证焊接一致而要求合金成分不变时，就采用焊料镀层。美国军用技术规范"MIL-P-81728，电镀锡-铅"指出： 除非另有规定，电子元、器件（PCB，尤其是那些用金属化孔互连的、接线柱和空心铆钉的）用的锡/铅镀层的厚度，当以至少相隔0.1 英寸的四点测量时，平均最小厚度应为0.0003英寸（0.3毫英寸） MIL-STD-202的方法208叙述了一个用来确定镀层可焊性的机理。要得到认可，测试时，镀层应很容易和完全被焊料所覆盖。 电镀锡铅金一般采用氟硼酸盐镀液，这与镀液具有的成份简单、阴极和阳极电流效率高，可以获得含锡、铅为任何比例的合金镀层有关。 锡铅合金电镀镀液主要由氟硼酸锡、氟硼酸铅、氟硼酸和添加剂所组成。金属的氟硼酸盐可以买到浓液，然后再用水稀释到所要求的金属含量。下表列出了可以买到的浓缩液的金属含量，配成镀液的各种含量列在下表中，其中有金属化孔电镀用的高分散性镀液配方。 1）镀液各组分的作用：氟硼酸亚锡和氟硼酸铅是金属的来源。镀液金属组分的变化，将会影响合金淀积层的成分。 锡和铅金属浓液的组成 焊料（60%Sn，40%Pb）电镀槽液的技术规范
配制100加仑标准槽液 先在热水中溶解硼酸，再加到镀槽中。在冷水中先使胨溶胀，然后将水加热，同时强力搅拌。应先将氟硼酸加到水中，然后再加入硼酸和金属盐浓液。 标准槽液的组成 配制高分散性槽液配方 操作条件
有铅焊锡和无铅焊锡的区别 各种无铅焊锡的熔点关系Sn-Cu-Ni系227℃Sn-Ag系221℃Sn-Ag-Cu系219℃ Sn-Ag-Bi-In系208℃Sn-Zn系199℃Sn-Pb共晶183℃推荐使用温度一览CXG无铅焊台温度350℃~400℃回流炉温度230℃~240℃温度喷流炉245℃~255℃CXG 938无铅焊台特点：★ 惊人的升温速度，从室温上升至300℃绝不超过13秒，温度回升快，有利于频繁的焊接，温度保持不变，提高生产效率。★调节温度比市场同类焊台的调节温度更有利于生产，当需要调节温度时只要把温控旋钮按一下，则旋钮弹出，可根据生产需要调节温度，调节好以后，再按一下温度调节旋钮，旋钮锁住，可以预防生产过程中碰到旋钮而改变温度影响生产，旋钮锁住后，面板平坦，美观大方。★手柄轻巧，长时间使用绝不感到疲劳。★分体式设计，摆放容易，多种烙铁头选用，且更换方便。★普通及防静电型两种，以便配合不同工作之用。★手柄选择：909、909ESD 配C8无铅系列焊咀。规格：型号CXG 938 耗电75瓦特控制台938电焊台/938电焊台ESD 输出电压交流电30伏特温度范围摄氏200-480度/华氏392-896度发热组件CXG-1365陶瓷发热芯温度稳定±1℃（无负荷时）焊咀与接地间阻抗2Ω以下焊咀与接地间电位2mV以下重量（不包括电线）1500克（3.3磅）外形体积宽120 X 高93 X深170毫米 为什么要用无铅焊锡呢？主要海河是为了环保。下面的文章就说明了这个问题。 无铅热风整平的实践体会 摘要：本文通过对无铅与有铅热风整平工艺特性的对比，总结出无铅热风整平工艺的生产保养特点及工艺控制方法。 关键词：无铅热风整平无铅焊料浸锡时间除铜 1. 前言 随着欧盟颁布的二项环保新指令(WEEE和ROHS)在2006年7月1日正式实施，对PCB行业而言，这将面临一次严峻的考验，其影响将涉及到原材料、制造工艺、生产设备等方方面面。本公司为适应全球无铅化的潮流，也投资引进了一台垂直无铅喷锡机。该机在试生产及生产过程中，我们深感无铅与有铅热风整平具有很大区别。本文主要通过无铅与有铅热风整平的对比，介绍无铅热风整平在实际生产中的控制要点及异常问题的处理方法。 2. 无铅的定义和无铅焊料的选择 目前全球对无铅的定义尚未统一。欧盟称物质中的铅含量<0.1％为无铅，日本<0.1％，美国<0.2％称之为无铅。但是，实际控制中国际上普通认同铅含量<0.1％这个标准，而且只允许以不纯物形式存在，不允许有意添加。目前无铅焊料使用较为广泛的有Sn3.0Ag0.5Cu；Sn0.3Ag0.7Cu；
第２４卷专辑 Ｖ０１．２４ Ｓｐｅｃ．Ｉｓｓｕｅ 中国稀土学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＲＡＲＥＥＡＲＴＨＳＯＣＩＥＴＹ ２００６年ｌＯ月 Ｏｃｔ．２００６ 熔融锡、铋及其二元合金的表面张力 李晶，王晓强，柯家骏，范建峰，袁章福掌 （中国科学院过程工程研究所，北京１０００８０） ■耍?用静滴法测量了熔融锡、铋及其二元合金的表面张力。分析了随温度和氧分压的不同，表面张力的变化情况。实验结果表明，在较低的氧分压情况下，熔融纯金属锡和铋的表面张力随温度的升高呈线性减小的关系；但在氧分压较高的情况下，它们的表面张力先随温度的升高而增加，然后随温度的升高而减小。根据热力学原理分析解释了实验结果。在特定氧分压的情况下测量了ｓｎ－Ｂｉ（Ｘｍ＝０．４５５）合金的表面张力，其值随温度的升高有增加的趋势，并分析了导致此结果的原因。 关键诃：表面张力；熔融锡；熔融铋；锡铋合金 中图分类号：ＴＱ０１３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－４３４３（２００６）．０１９０－０４ 表面张力是熔态金属重要的热物理参数之 一，对熔态金属的结晶、相变以及晶粒生长过程 都有很大影响，在冶炼、铸造和焊接等过程起着 重要作用，熔态金属的表面张力及其温度系数的 测定一直是金属热物性研究的一项重要内容。获 得可靠的表面张力数据，对含锡、铋的合金设计 与优化也具有重要的指导意义【ｌ￣３】。 特别是当前空间科学迅速发展，表面张力及 其温度系数则是空间条件下高性能金属材料制备 技术中的关键参数之一。在微重力条件下，温度是影响表面张力梯度引起的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流的主要因素，熔态锡、铋及其合金的表面张力性质对研究熔态锡的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流效应、推动空间材料科学的发展具有重要意义【４￣丌。 １实验 实验所用的高纯金属锡、铋及其合金（ｘｓｉ＝０．４５５）均制成圆柱体①３．５ｍｍ×３．５ｔｕｒｎ。实验使用的装置是自行开发的数字化静滴法表面张力测定仪（如图１所示），该装置主要由样品加热熔化系统、成像系统和图形处理计算系统组成，其特点是实验过程实现数字化，摄得照片直接传输到计算机中进行图像处理和计算，省去了传统静滴法实验中的洗相、扫描和手工取点计算的步骤，减少实验过程中人为因素，使实验过程更加客观。 图１静滴法测量表面张力的装置不意图 首先用标准钢球确定成像系统的放大倍数，再将实验试样放在洁净的高纯氧化铝垫片上送入加热炉管中心位置中，调整保持试样水平放置。升温到设定的温度熔化实验样品，恒温１５ｍｉｎ后进行摄像。摄像时要注意灯光光源的调节，以保证所摄图片的质量。实验摄得图像直接传输到计算机系统中进行图像处理、计算得到设定温度下的表面张力值。整个实验过程用氩气作保护气体，通过调节镁炉温度得到氩气中不同的氧分压（只）情况。 ２结果与讨论 ２．１熔融锡的表面张力随温度和氧分压的变化关系 在５０５Ｋ＇－１０２３Ｋ温度范围内研究了表面张力 收稿日期：２００斛１７；修订日期：２００６－４）６－１１ 基金项且：国家自然科学基金资助项目（５０４７４０４３） 作者俺介：李晶（１９７９－），女，山东济南人，博士研究生 ?通讯联系．Ｋ（Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕａｎｚｌｄ＠ｈｏｍｅ．ｉｐｅ．∞．Ｃ１１）
无铅焊料的新发展 前言 锡铅焊料是电子组装焊接中的主要焊接材料，以其优质的性能和低廉的成本，一直被人们所重视。但众所周知铅及它的化合物是有毒物质，人类如长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。其中铅对儿童的危害更大，会影响其智商和正常发育。人类为避免这方面的问题，限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越高。最终拥有悠久历史的传统型锡铅焊料，将会逐渐被新的绿色环保型焊料所替代。如无铅汽油的广泛使用就是一个很好的范例。世界各国都纷纷开展无铅焊料的研究工作。特别是欧美、日本等一些发达国家在无铅化的研究和应用上非常重视，已经走在世界前列。二十世纪末日本已有多家知名公司相继使用无铅焊料进行批量生产。Panasonic 1998年9月就开始在批量生产盒式收录机中使用Sn-Ag-Bi(In)，还有NEC、SONY、TOSHIBA、HITACHI等公司先后用无铅焊料进行批量生产，同时都制定了全面推行无铅化的期限。 2 无铅焊料的介绍 传统锡铅焊料，它是利用Sn63Pb37为锡铅低共熔点，其共晶温度是183℃，与目前PCB的耐热性能接近，并且具有良好的可焊
性、导电性以及较低的价格等优点而得到广泛使用。无铅焊料是利用锡与其它金属如铜、铋、银等金属的合金在共晶点或非 共晶点出现的共熔现象制成的焊料。作为锡铅共晶焊料合金的替代材料，无铅焊料应该在融点、机械特性和物理特性等方面同锡铅共晶焊料合金接近，且供应材料充足，毒性弱并能在现有的设备中运用现有的工艺条件进行使用。 2.1 无铅焊料的具体要求 无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征，具体目标如下： (1)替代合金应是无毒性的。一些考虑中的替代金属，如镉和碲，是毒性的；其它金属，如锑、铟，由于改变法规的结果可能落入毒性种类。 (2)熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183℃)接近，不应超过200℃。 (3)供应材料必须在世界范围内容易得到，数量上满足全球的需求。某些金属--如铟(Indium)和铋(Bismuth)--数量比较稀少，只够用作无铅焊锡合金的添加成分。 (4)替代合金还应该是可循环再生的，如将三四种金属加入到无铅替代焊锡配方中可能使循环再生过程复杂化，并且增加其成本。
焊料的认证与选用
中国赛宝实验室
罗 道 军 China Ceprei Laboratories Group
0086-2087237161,luodj@https://www.doczj.com/doc/3d13950479.html,
中国赛宝实验室
（信息产业部电子第五研究所）
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主要内容
焊料概述 主要焊料合金 主要性能指标 焊料的检测分析方法 锡渣来源与控制 焊料的选用
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1 焊料概述－作用
?BGA球、FC凸台/芯片键合/粘接 ?引线框架表面可焊性镀层/元器件外引线表面镀层 /PCB表面保护层(HASL)/PCB级组装焊点
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1 概述－－焊料的起源
Sn-Pb焊料已经使用几千年历史 Sn-Cu/Sn-Bi/Sn-Ag等二元合金是最早的无铅焊料，最少也有几十年的历 史。
Sn－Pb相图
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1 概述 －焊料的标准
国家标准 GB/T 8012-2000 （锡铅钎料） GB/T 3131-2001（锡铅焊料） GB/T 20422-2006(无铅钎料) 日本标准 JIS Z 3282-2006 (包涵无铅) 国际标准 IPC J-STD 006B-2006(包涵无铅) IPC J-STD 001D-2005(包涵无铅) ISO 9453-2006(包涵无铅)
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---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2-1 焊锡(焊料) 焊料是一种熔点比被焊金属熔点低的易熔金属。 焊料熔化时，在被焊金属不熔化的条件下能润浸被焊金属表面，并在接触面处形成合金层而与被焊金属连接到一起。 在一般电子产品装配中，主要使用锡铅焊料，俗称为焊锡。 铅锡焊料。 以锡铅合金为主，有的锡焊料还含少量的锑。 含铅 37％，锡 63%的锡合金俗称焊锡，熔点约183℃。 这是最普遍的锡铅焊。 锡铅的含量以及添加金属的不同，导致锡铅焊料的熔点、热膨胀系数、固有应力和凝固时间都不同。 (1) 常见焊锡作用： 焊锡的主要作用就是把被焊物连接起来，对电路来说构成一个通路。 (2) 常用焊锡具备的条件 1) 焊料的熔点要低于被焊工件。 2) 易于与被焊物连成一体，要具有一定的抗压能力。 3) 要有较好的导电性能。 4) 要有较快的结晶速度。 (3) 常用焊锡的种类根据熔点不同可分为硬焊料和软焊料；根据组成成分不同可分为锡铅焊料、银焊料、铜焊料等。 在锡焊工艺中，一般使用锡铅合金焊料。 1 / 3
1) 锡铅焊料是常用的锡铅合金焊料，通常又称焊锡，主要由锡和铅组成，还含有锑等微量金属成分。 锡铅焊料主要用途: 广泛用于电子行业的软钎焊、散热器及五金等各行业波峰焊、浸焊等精密焊接。 特殊焊接工艺以及喷涂、电镀等。 经过特殊工艺调质精炼处理而生产成的抗氧化焊锡条, 具有独特的高抗氧化性能, 浮渣比普通焊料少, 具有损耗少、流动性好, 可焊性强、焊点均匀、光亮等特点. 锡铅焊料条2) 共晶焊锡是指达到共晶成分的锡铅焊料，合金成分是锡的含量为61． 9％、铅的含量为 38． 1％。 在实际应用中一般将含锡 60％，含铅 40％的焊锡就称为共晶焊锡。 在锡和铅的合金中，除纯锡、纯铜和共晶成分是在单一温度下熔化外，其他合金都是在一个区域内熔化的，所以共晶焊锡是锡铅焊料中性能最好的一种。 Eutecti c sol ders(共晶焊锡) ： 两种或更多的金属合金，具有最低的熔化点，当加热时，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段。 (4) 常用焊料的形状： 焊料在使用时常按规定的尺寸加工成形，有片状、块状、棒状、带状和丝状等多种。 1) 丝状焊料通常称为焊锡丝，中心包着松香助焊剂，叫松脂
一、锡铅合金焊锡 焊锡是连接元器件与线路板之间的介质，我们在电子线路的安装和维修中经常用到的焊锡是由锡和铅两种金属按一定比例融合而成的，其中锡所占的比例稍高。 纯锡Sn(Stan-num)为银白色，有光泽，富有延展性，在空气中不易氧化，它的熔点为232℃。锡能与大多数金属熔融而形成合金。但纯锡的材料呈脆性，为了增加焊料的柔韧性和降低焊料的熔点，必须用另一种金属与锡融合，以缓和锡的性能。 纯铅Pb(Plum-bum)为青灰色，质软而重，有延展性，容易氧化，有毒性，纯铅的熔点为327℃。 当锡和铅按比例融合后，构成锡铅合金焊料，此时，它的熔点变低，使用方便，并能与大多数金属结合。 焊锡的熔点会随着锡铅比例的不同而变化，锡铅合金的熔点低于任何其它合金的熔点。优质的焊锡它的锡铅比例是按63%的锡和37%的铅配比的，这种比例的焊锡，其熔点为183℃。有些质量较差的焊锡熔点较高，而且凝固后焊点粗糙呈糠渣状，这是由于焊锡中铅含量过高所致。 某种金属是否能够焊接，是否容易焊接，取决于二个因数：第一、该焊料是否能与焊件形成化合物；第二、焊接表面是否有影响焊接牢度的污锈物。焊接时，焊锡能与大多数金属物（如金、银、铜、铁）反应生成一种相当硬而脆的金属化合物，这种化合物能使焊件与焊料牢固的结合在一起，但有些金属（如钛、硅、铬等）不能与焊锡反应，因而，这些金属材料就不能用焊锡来焊接。 二、加锑焊锡 由于锡铅合金会在极冷的环境中重新结晶，此时的焊锡不再是金属而是晶态，并且很脆，这种结晶变化会使焊点膨胀而断裂脱焊。所以在焊锡中融入适量的锑就可防止焊锡的重新结晶。加锑焊锡的焊料比例为63%的锡、36.7%的铅、0.3%的锑。 三、加镉焊锡 如果在某些对温度比较敏感的场合，可以使用加镉焊锡，它的熔点在145℃，所以称之为超低温焊锡，它的比例是：锡50%、铅33%、镉17%，但由于镉的毒性较强，所以应慎谨使用。 四、加银焊锡 加银焊锡我们在电子产品中也是比较常用的，它常常被用在对信号要求较高的电子产品或某些镀银元器件的焊接中，它的比例一般是：锡62%、铅36%、银2% 。 五、加铜焊锡 焊接极细的铜线时，为防止焊锡及助焊剂对细铜线的侵蚀，应使用加铜焊锡，它的比例为：50%锡、48.5%铅、1.5%铜。
PCB印制电路板表面采用锡铅焊料涂层会造成哪些危害 当前，世界各国都提出印制电路板及其装配的无铅化要求。为什么在印制板上，以及装配过程与产品上不允许有铅的成分? 究其原因有二：一是铅有毒，影响环境；二是含铅焊料适用性不够，不适应新颖装配技术。 铅是一种有毒物质，人体吸收了过量的铅会引起中毒，主要效应与四个组织系统相关: 血液、神经、肠胃和肾。如有容易患贫血症，头昏嗜睡，运动失调，厌食呕吐和腹痛，以及慢性肾炎等。摄入低剂量的铅也可能对人的智力、神经系统与生殖系统造成不良影响。 在PCB表面采用锡铅焊料涂层，会从三方面造成危害。 A。加工过程会接触到铅。接触铅的工序有以锡铅层作抗腐蚀时图形电镀中电镀锡铅工序，腐蚀后锡铅退除工序，热风整平焊锡(喷锡)工序，有的还有热熔焊锡工序。尽管生产中有排风等劳防措施，长期接触难免会受害。 B。锡铅电镀等含铅废水，及热风整平(喷锡)的含铅气体对环境带来影响。含铅废水来自电镀清洗水和滴漏或报废的锡铅溶液，这方面废水往往认为含量较少，水处理又较难，因而不作处理而放入大池中去排放了。 C。印制板上含有锡铅镀/涂层，这类印制板报废或所用电子设备报废时其上面的含铅物质尚无法回收处理，若作垃圾埋入地下，长年累月后这地下水中会含有铅，这又污染了环境。另外，在PCB装配中采用锡铅焊料进行波峰焊、再流焊或手工焊操作中都有铅气体存在，影响人体和环境，同时在PCB上留下更多的铅含量。 锡铅合金焊料作为可焊和防氧化涂层，在目前高密度互连产品中并不完全适宜。如目前印制板表面涂覆层世界上虽有60%多是采用热风整平锡铅，但碰到SMT安装时一些微小元器件要求PCB焊接盘表面非常平整，还有元件与PCB连接盘间采用打线接合等非焊接法，则热风整平锡铅层显得平整度不够，或硬度不够，或接触电阻太大等因素，就要采用非锡铅的其它涂层。 工业产品的无铅化欧洲国家最早提出，在上世界90年代中就形成法规向无铅化进军。现
焊料资料 抗氧化焊料抗氧化焊料是一种新型焊料，是在普通锡铅焊料中加入微量的抗氧化元素熔炼而成，它具有独特的抗氧化性，润湿性强，且有良好的物理机械和耐腐蚀性能，是当前电子工业生产流水线上的理想焊料，广泛应用于热浸焊以及波峰焊。抗氧化焊料具有以下特点： ⒈抗氧化作用显著，在260℃±10静态时氧化24小时，保护镜而不变色。表态及动态搅拌下产渣量仅为普通焊料的1/6，焊料氧化损失少。 ⒉焊性、润湿性优良，焊点圆润、饱满、光亮、焊接庇点率底，合格率高。 ⒊物理及机械性能符合GB3131-88国家标准。无铅焊料保护自然环境，减少工业污染，已越来越受到人们的关注。SMT （表面贴装技术）生产作为电子生产的一部分，也不可避免地存在着对环境污染的问题。找解决SMT生产污染问题的方法和途径，使SMT生产向绿色环保方向发展，其中无铅焊锡就是其中一个关键课题。前在SMT生产过程中普遍采用的是Sn—Pb焊锡，其中铅的含量在40％左右。众所周知铅是有毒的金属，将会对人体和周围环境造成相当巨大的影响。为了消除铅污染，采用无铅焊锡已势在必行。无铅焊锡的研究目标－
－究的无铅焊锡应该具备与Sn—Pb体系焊锡大体相同的特征。具体目标如下：毒性弱，对环境影响要小。熔点应同Sn—Pb体系焊锡的熔点（183℃）接近，不应超过200℃。成本要低，导电性好。 机械强度和耐热疲劳性要与Sn—Pb体系焊锡大体相同。焊锡的保存稳定性要好。能利用设备和现行工艺条件进行安装。能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性。焊接后对各种焊接点检修容易和应有良好的电可靠性。 无铅焊锡的研究现状－－无铅焊锡的主要成分是锡，熔点是232℃，与其他金属如银、铋、锌等组成合金体系。含银焊料含银焊料应用于银导线，银电极等镀银器件的焊接，防止银扩散，避免电腐蚀，具有长期使用的良好性能及浸润性，焊点质量优于相等含量的锡铅焊料。根据用户不同需要，可生产不同规格的棒（条）及线材制品，棒（条）状制品可用于浸焊、波峰焊。高温焊料特点较一般焊料熔点高，应用于有特殊要求的机械制造、航空、电子及纺织等在较高温度中工作的零件、元器件的焊接。低温焊料应用于热敏电子元器件加热温度不宜高的元件进行多层次多组件的分步焊接，操作与一般焊料相同，自行消光，不含镉。除铋焊料外，亦可根据用户的焊接工艺需要，配制生产其它品种的低温焊料以及耐低温焊料。
铅及铅合金 1.电解沉积用铅阳极板（YS/T498-2006） 2.铅及铅锑合金板（GB/T1470-2014） 3.铅及铅锑合金管（GB/T1472-2014） 4.铅及铅锑合金棒和线材（YS/T636-2007） 5.保险铅丝（GB3132-1982） 6.高纯铅（YS/T265-2012） 7.粗铅（YS/T71-2013） 8.铅锭（GB/T469-2013） 9.再生铅及铅合金锭（GB/T21181-2007） 10.铅及铅合金废料（GB/T13588-2006） 锡及锡合金 1.锡阳极板（GB/T2056-2005） 2.免清洗焊接用焊锡丝（SJ/T11168-1998） 3.锡铅钎料（GB/T3131-2001） 4.铸造锡铅焊料（GB/T8012-2013） 5.无铅锡基焊料（YS/T747-2010） 6.高纯锡（YS/T44-2011） 7.锡粉（GB/T26304-2010） 8.电子产品焊接用锡合金粉（SJ/T11391-2009） 9.锡锭（GB/T1599-2014） 10.锡阳极泥（YS/T992-2014） 11.锡及锡合金废料（GB/T21180-2007） 12.GBT 20422-2018 无铅钎料 13.GBT 29089-2012球形焊锡粉 14.GBT 31475-2015 电子装联高质量内部互连用焊锡膏 15.GBT 6208-1995钎料型号表示方法 16.GBT 728-2010 锡锭 17.SJT11273-2002 免清洗液态助焊剂 18.GBT 9491-2002 锡焊用液态焊剂（松香基) 19.SJ 2660-1986 软钎焊用树脂系焊剂试验方法 20.SJ-2659-86 电子工业用树脂芯焊锡丝和软钎焊用树脂系焊剂试验方法 21.SJ_T 11319-2005 动态氧化渣试验方法 22.GBT 15829-2008 软钎剂分类与性能要求 23.GB-T 8146-2003 松香试验方法 24.GBT 11364-2008 钎料润湿性试验方法 25.SJ 11389-2009无铅焊接用助焊剂 26.SJ 11390-2009无铅焊料试验方法 27.GBT 10574.1-2003 锡铅焊料化学分析方法锡量的测定 28.SJT 11186-1998 锡铅膏状焊料通用规范 29.GB/T 11364-2008 钎料润湿性试验方法 30.GB/T 31985-2015光伏涂锡焊带 31.SJ/T 11519-2015电子连接用镀锡铜线规范 32.GB/T 4910-2009镀锡圆铜线
焊锡材料知识梳理 焊锡通常定义为液化温度在400°C(750°F)以下的可熔合金。裸片级的(特别是倒装芯片)锡球的基本合金含有高温、高铅含量，比如Sn5/Pb95或Sn10/Pb90。共晶或临共晶合金，如Sn60/Pb40，Sn62/Pb36/Ag2和Sn63/Pb37，也成功使用。例如，载体CSP/BGA 板层底面的锡球可以是高温、高铅或共晶、临共晶的锡/铅或锡/铅/银材料。由于传统板材料，如FR-4，的赖温水平，用于附着元件和IC包装的板级焊锡局限于共晶，临共晶的锡/铅或锡/铅/银焊锡。在某些情况，使用了锡/银共晶和含有铋(Bi)或铟(In)的低温焊锡成分。 焊锡可以有各种物理形式使用，包括锡条、锡锭、锡线、锡粉、预制锭、锡球与柱、锡膏和熔化状态。焊锡材料的固有特性可从三个方面考虑：物理、冶金和机械。 物理特性对今天的包装和装配特别重要的有五个物理特性： 1.冶金相化温度(Metallurgical phase-transition temperature)有 实际的暗示，液相线温度可看作相当于熔化温度，固相线温 度相当于软化温度。对给定的化学成分，液相线与固相线之 间的范围叫做塑性或粘滞阶段。选作连接材料的焊锡合金必 须适应于最恶劣条件下的最终使用温度。因此，希望合金具 有比所希望的最高使用温度至少高两倍的液相线。当使用温 度接近于液相线时，焊锡通常会变得机械上与冶金上“脆弱”。 2.焊锡连接的导电性(electrical conductivity)描述了它们的电气 信号的传送性能。从定义看，导电性是在电场的作用下充电
离子(电子)从一个位置向另一个位置的运动。电子导电性是指金属的，离子导电性是指氧化物和非金属的。焊锡的导电性主要是电子流产生的。电阻—与导电性相反—随着温度的上升而增加。这是由于电子的移动性减弱，它直接与温度上升时电子运动的平均自由路线(mean-free-path)成比例。焊锡的电阻也可能受塑性变形的程度的影响(增加)。 3.金属的导热性(thermal conductivity)通常与导电性直接相关， 因为电子主要是导电和导热。(可是，对绝缘体，声子的活动占主要。) 焊锡的导热性随温度的增加而减弱。自从表面贴装技术的开始，温度膨胀系数(CTE, coefficient of thermal expansion)问题是经常讨论到的，它发生在SMT连接材料特性的温度膨胀系数(CTE)通常相差较大的时候。一个典型的装配由FR-4板、焊锡和无引脚或有引脚的元件组成。它们各自的温度膨胀系数(CTE)为，16.0 ×10-6/°C(FR-4); 23.0 ×10-6/°C(Sn63/Pb37); 16.5 ×10-6/°C(铜引脚); 和6.4 ×10-6/°C(氧化铝Al2O3无引脚元件)。在温度的波动和电源的开关下，这些CTE的差别增加焊接点内的应力和应变，缩短使用寿命，导致早期失效。两个主要的材料特性决定CTE的大小，晶体结构和熔点。当材料具有类似的晶格结构，它们的CTE与熔点是相反的联系。 4.熔化的焊锡的表面张力(surface tension)是一个关键参数，与 可熔湿性和其后的可焊接性相关。由于在表面的断裂的结合，
I C S77.120.60 H13 中华人民共和国国家标准 G B/T10574.9 2017 代替G B/T10574.9 2003 锡铅焊料化学分析方法 第9部分:铝量的测定 电热原子吸收光谱法 M e t h o d s f o r c h e m i c a l a n a l y s i s o f t i n-l e a d s o l d e r s P a r t9:D e t e r m i n a t i o no f a l u m i n i u mc o n t e n t G r a p h i t e f u r n a c e a t o m i c a b s o r p t i o n s p e c t r o m e t r i cm e t h o d 2017-10-14发布2018-05-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中华人民共和国 国家标准 锡铅焊料化学分析方法 第9部分:铝量的测定 电热原子吸收光谱法 G B/T10574.9 2017 * 中国标准出版社出版发行 北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址:w w w.s p c.o r g.c n 服务热线:400-168-0010 2017年10月第一版 * 书号:155066四1-56191
前言 G B/T10574‘锡铅焊料化学分析方法“分为14个部分: 第1部分:锡量的测定碘酸钾滴定法; 第2部分:锑量的测定孔雀绿分光光度法和溴酸钾滴定法; 第3部分:铋量的测定火焰原子吸收光谱法; 第4部分:铁量的测定1,10-二氮杂菲分光光度法; 第5部分:砷量的测定砷锑钼蓝分光光度法; 第6部分:铜量的测定火焰原子吸收光谱法; 第7部分:银量的测定火焰原子吸收光谱法和硫氰酸钾电位滴定法; 第8部分:锌量的测定火焰原子吸收光谱法; 第9部分:铝量的测定电热原子吸收光谱法; 第10部分:镉量的测定火焰原子吸收光谱法和N a2E D T A滴定法; 第11部分:磷量的测定结晶紫-磷钒钼杂多酸分光光度法; 第12部分:硫量的测定高频燃烧红外吸收光谱法; 第13部分:锑二铋二铁二砷二铜二银二锌二铝二镉二磷和金量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法; 第14部分:锡二铅二锑二铋二银二铜二锌二镉和砷量的测定光电发射光谱法三 本部分为G B/T10574的第9部分三 本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本部分是对G B/T10574.9 2003‘锡铅焊料化学分析方法铝量的测定“的修订,与G B/T10574.9 2003相比,主要技术变化如下: 采用电热原子吸收光谱法代替铬天青S-聚乙二醇辛基苯基醚分光光度法测定铝量三 本部分由全国有色金属标准化技术委员会(S A C/T C243)归口三 本部分负责起草单位:云南锡业股份有限公司三 本部分参加起草单位:北京矿冶研究总院二天津出入境检验检疫局二中国有色桂林矿产地质研究院有限公司二云南锡业集团(控股)有限责任公司三 本部分主要起草人:姜求韬二杨斐二刘玮二王昊云二韩娟二刘敏二唐碧玉二邱丽二苏爱萍二石如祥三 本部分所代替标准的历次版本发布情况为: G B/T10574.11 1989; G B/T10574.9 2003三
铜阳极泥分银渣化学分析方法第4部分：锡量的测定 碘酸钾滴定法 编制说明 北矿检测技术有限公司 冯振华汤淑芳杨春林
铜阳极泥分银渣化学分析方法 第4部分：锡量的测定碘酸钾滴定法 编制说明 1 任务来源 根据工业和信息化部“关于印发2016年第一批行业标准制修订计划的通知”（工信厅科[2016]58号）的文件精神，以及全国有色金属标准化技术委员会“关于印发《铜阳极泥分银渣化学分析方法》等69项标准任务落实会会议的通知”（有色标委[2016]48号）及相关会议纪要的文件精神，确定《铜阳极泥分银渣化学分析方法第4部分：锡量的测定碘酸钾滴定法》由北矿检测技术有限公司负责起草，株洲冶炼集团有限公司、广东省工业分析检测中心、大冶有色设计研究院有限公司、中金岭南韶关冶炼厂、中条山有色金属集团有限公司（后因缺少相关实验设备退出验证工作）、浙江富冶集团有限公司、湖南有色金属研究院、郴州市金贵银业股份有限公司、福建紫金矿冶测试技术有限公司、浙江江铜富冶和鼎有限公司、江西铜业股份有限公司等单位协助起草。项目计划编号：工信厅科[2016]58号2016-0245T-YS，完成年限2018年。 2 工作过程 2016年9月21日～23日全国有色金属标准化技术委员会在安徽省蚌埠市组织召开了《铜阳极泥分银渣化学分析方法》等69项标准任务落实会议，会议确定了标准制定的起草单位和参与验证单位，落实了标准计划项目的进度安排和分工。 2017年8月22日~8月24日全国有色金属标准化技术委员会在山东泰安召开《铜阳极泥分银渣化学分析方法》行业标准讨论会议。会议对八个分标准讨论稿、试验报告及验证报告进行分析和讨论，并对此系列标准研究接下来的工作进行安排。 3 标准编写原则和编写格式 本标准是根据GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》和GB/T20001.4-2001《标准编写规则第4部分：化学分析方法》的要求进行编写的。 4 标准编写的目的和意义 铜阳极泥分银渣是铜阳极泥提取金银后的一种中间产物，其中含有大量的有价元素，如金、银、铂、钯、铜、铅、锡、硒、碲等。它在国内的铜冶炼和银冶炼企业普遍而大量存在，因以前的冶炼工艺和市场的选择，分银渣利用率很低，只有少部分分银渣作为原料与阳极泥一起提炼利用。随着对二次资源的回收利用及冶炼工艺的改进，分银渣现已作为一种冶炼原料，被普遍使用，市场交易量逐渐增大。建立分银渣化学分析方法系列标准，作为指导生产和服务市场交易，具有十分重要的意义。 铜阳极泥分银渣中含有大量重金属铅，如不妥善处理，不但会造成资源浪费，而且将对自然环境及人们生活造成严重影响。同时，分银渣中含有较高含量的锡，可以作为二次资源回收利用。在矿产资源日趋枯竭的今天，考虑以铜阳极泥分银渣作为二次资源，探索开发环境友好、高效经济的工艺技术，最大化地提取各种有价金属，实现资源循环利用及有价金属材料生产，已成为有色金属再生循环领域研究中的热点。 经标准查新，目前国内尚无统一的铜阳极泥分银渣化学分析方法，导致贸易时常有争议。因此制定相应的铜阳极泥分银渣化学分析方法，对促进生产和指导贸易具有重要的意义。 5国内外有关工作情况 锡量的测定有碘酸钾滴定法、氢化物发生-原子荧光光谱法、分光光度法等，其中氢化物发生-原子