焊锡料选择教材

焊锡料选择目錄一什么是焊锡料？二焊锡料的组成三焊錫中的雜質及其影響四焊錫的特性和等級五焊錫的製造方法六

焊锡的选择一

什麼是焊錫料？所有的電子元件通過PCB上的線路相連，控制電流或信號。電子元件和PCB間起連接作用的附著物就是焊錫，它和一般所說的粘著劑只是物體和物體之間簡單連接不同，焊錫還可以導電，能夠牢固的將元件連接在PCB上，使電子元件有電流或信號通過。通過熔化焊錫，在元件引腳和PCB焊盤處形成可靠、穩定的焊點，保証良好的物理和電氣連接作業就是焊接焊锡料按使用用途分：锡膏，锡丝，锡棒錫絲錫棒锡膏锡膏一般用于ＳＭＴ表面贴装元件的焊接锡丝一般用于ＳＭＴＰＣＢＡ维修或者手焊制程中使用锡棒用于ＳＭＴＤＩＰ制程利用波峰焊或者多点焊机通常使用的焊锡料，按其合金成分主要可分为：有铅和无铅两大类，有铅锡膏的优点是熔点温度低，缺点是其所含铅元素会对环境造成污染．而无铅焊锡料虽然熔点温度稍高，但由于其合金成分中不含铅元素而渐渐的取代有铅焊料成为电子加工行业的主流，所以后续内容将主要以无铅焊锡料来进行介绍．二焊錫的組成1.1傳統錫鉛Sn-Pb焊料的特點1.2無鉛焊料1.3无铅锡膏混合物成分1.4锡膏中锡粉大小参数一般地講，金屬加熱時，由固態轉變成液態時的溫度叫熔點。傳統焊料一般都為錫和鉛組成的合金，純錫的熔點是232℃，純鉛的熔點是327℃，不同比例的錫和鉛混合，將形成不同熔點溫度的焊料，當錫為63％﹐鉛為37％時，組成的焊料合金被稱為共晶合金。這種焊料的熔點是183℃，以前廣泛應用於電子行業。鉛在錫鉛焊料中的作用有以下幾點：

(1)形成共晶合金，降低熔點。

(2)有效降低合金的表面張力，促進浸潤和鋪展。

(3)有效抑制錫的相變，防止錫瘟的產生。1.1傳統錫鉛Sn-Pb焊料的特點Sn-Pb系列平衡狀態圖ABCDEFG

Sn-Pb合金的熔點按照上圖所示，比例不同則熔點不同，圖中線段A-B、B-C稱為液相線，在這條線以上的溫度時，焊錫呈液態。當比例為Sn61.9%時為最低熔點183℃，液態變為固態時也是183℃，這個溫度點我們稱之為共晶點。共晶焊錫的特徵是在一定溫度作用下由固態到液態，再由液態向固態變化，其間沒有固液共存的半熔融狀態。我們所說的無鉛焊料，並不是指焊料中百分之百無鉛，因為世界上不存在100%純度的金屬。所以，無鉛焊料實際是指焊料中鉛含量的上限問題，ISO9453、JISZ3282、RoHS指令均要求鉛的含量控制在0.1Wt%以下。當然，無鉛焊料畢竟是用於RoHS

制程的，其中的鉛、汞、鎘、六價鉻等元素的含量也必須符合指令的要求。傳統的錫鉛Sn-Pb焊料之所以能實現良好的連接，是因為焊料中的錫Sn能與銅Cu、鎳Ni、銀Ag等母材形成金屬間化物，進而實現可靠的連接。再加上其成本很低，貨源充足，並具備理想的導電、導熱性和浸潤特性，所以在各種候1.2無鉛焊料選的無鉛焊料中，仍以錫為基體金屬，加入其他金屬形成二元合金或多元合金構成。圍繞無鉛焊料的研究工作，目前已經有幾百種無鉛焊料的成分配比推出。在歐洲、美國、日本的多數公司都認為最好的替代合金將是那些焊接溫度高於現有錫鉛合金的材料，目前行業內的共同評價是：具備產業化實用價值的無鉛錫料主要有Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu三種合金。對於浸焊、波峰焊的應用，目前行業內均普遍選用Sn-Cu系二元無鉛焊料，其中以Sn-0.7Cu(熔點﹕227℃)應用最廣。主要因素如下：(1)由於替代鉛元素的各元素的熔點差別很大，因此，選用二

元合金可以更容易的形成均勻的顯微組織。(2)Sn-Cu系二元無鉛焊料是具備共晶成分的焊料合金，其

綜合焊接效果最佳。(3)Sn-Cu焊料沒有專利問題的限制，並且其實用性已被廣

泛證實。(4)在候選的無鉛焊料中，Sn-Cu焊料的成本最低。對於回流焊接，一般選用Sn-3.5Ag或Sn-3Ag-0.5Cu系無鉛焊料，因為受電子元件耐熱性能的限制，回流焊的峰值溫度一般不能超過250℃，而無鉛焊料的高熔點，就造成無鉛回流焊的工藝窗口很窄，選用Sn-Ag或Sn-Ag-Cu系的無鉛焊料，其熔點比Sn-Cu焊料低6℃左右(217℃─221℃)，這有利於擴大工藝視窗，提高焊接質量。1.3无铅锡膏混合物组成

锡膏的組成:錫膏=錫粉(METAL)+助焊劑(FLUX)錫粉通常是由氮氣霧化或轉碟法制造，后經絲網篩選而成。助焊劑是粘結劑(樹脂)，溶劑，活性劑，觸變劑及其它添加劑組成，它對錫膏從絲綢印刷到焊接整個過程起著至關重要的作用。锡合金粉90%助焊膏10%

10％助焊膏和90％锡粉的重量比(一般情况下)锡合金粉50%助焊膏50%

50％助焊膏与50％锡粉的体积比原材料重量(%)功效金屬合金85--92元件與電路板間電氣性和機械性的接合助

焊

劑松香(Rosin)2--8給以黏性，黏著力，金屬氧化物的去除黏著劑1--2防止滴下，防止焊料表面氧化活性劑0--1金屬氧化物的去除溶劑1--7黏性，印刷性的調整合成比例附表下面附表一列出了錫膏的基本成份配合合成比例。錫膏中金属的含量决定着焊缝的尺寸。随着金属所占百分含量的增加，焊缝尺寸也增加。但在给定黏度下，随金属含量的增加，焊料的桥连的倾向也相应增大。按重量來計算的金屬含量百分比對黏滯度有直接的影響。在用于印刷的錫膏中金屬含量百分比從最少的85％到最多的92％區間內分布。用于印刷的錫膏常見的金屬含量百分比是從88％到90％。各組成部份的作用﹕焊錫粉:導電、鍵接助焊性粘合劑:防止錫粉與FLUX分離防止錫塌溶劑:將FLUX之所有溶解成一均勻狀之溶液，進而得到一活性均勻之助焊劑活性劑:消除焊接表面之氧化物，降低表面張力抗垂流劑﹕黏度印刷能力防止塌陷ODOR1.4锡膏中的锡粉大小参数Optimum

錫粉參數Optimum(1)錫粉顆粒直徑大小

a:

IPCJ-STD-006定義球形錫粉的直徑尺寸是長寬比率小於1.5倍。

錫粉顆粒等級表

b:

2型用於標準的SMT，間距為50mil，當間距小到30mil時，必須用3型焊膏。

c:

3型用於小間距技術（30mil-15mil），在間距為15mil或更小時，要用4型焊膏。

d:

4型焊膏即是UFPT（超密間距技術）。

Good

Poor

(2)錫粉顆粒形狀

(3)錫粉顆粒大小分佈Mesh200mesh325mesh500mesh-200+325

-325+500

MeshConcept

(4)錫粉氧化比率

焊料中有微量其他金屬以雜質的形式混入。有些雜質是無害的，有些雜質則不然，即使混入微量，也會對焊接作用和焊接點的性能造成各種不良影響。另外，根據不同的含量，有的反而能起到改善焊料特性的作用，這就不能單純地作為雜質來處理了，此時的焊料就被稱為“摻某某焊料”。a

主要雜質的性質有鉛焊料的主要成分是錫和鉛，除此之外，含有的微量其它金屬即為雜質。雜質對焊料的性能會產生很大的影響，三焊錫中的雜質及其影響由於含量的不同也會產生很大的差異。下面，就介紹雜質金屬及含有這些雜質金屬的焊料的一般特性。

(1)鋅(Zn)：如含量達0.001%左右，其影響就會表現出來；如達0.01%，就會對焊點的外觀，焊料的流動性及潤濕性造成不良影響。它是焊接工作中最忌諱的金屬之一。

(2)鋁(Al)：此金屬也對焊料的流動性和潤濕性有害，它不但影響外觀和操作，而且容易發生氧化和腐蝕。含量達0.001%時，其影響就會表現出來。

(3)鎘(Cd)：它具有降低熔點的作用，並能使焊料的晶粒變得粗大而失去光澤。如含量超過0.001%，就會使流動性（氧化物等所謂非金屬夾雜物的存在會降低焊料的流動性，增大粘性）降低，焊料則會變脆。

(4)銻(Sb)：可使焊料的機械強度和電阻增大。當含量在0.3－3％時，焊點成形極好。如含量在6％以內，不但不會出現不良影響，還可以使焊點的強度增加。又因可增大焊料的蠕變阻力，所以可用在高溫焊料中。當含量超過6％時，焊料會變得脆而硬，流動性和潤濕性變差，抗腐蝕性減弱。另外，含銻的焊料不適於含鋅的母材。

(5)鉍(Bi)：鉍可使得焊料熔點下降，並變脆。

(6)砷(As)：即使含量很少，也會影響焊點外觀，使硬度和脆性增大，但可使流動性略有提高。

(7)鐵(Fe)：熔點增高，不易操作，還會使焊料帶上磁性。

(8)銅(Cu)：熔點增高，增大結合強度。如含量1％以內，則會使蠕變阻力增加。另外，焊料中含有少量的銅（1－2％），可以抑制焊錫對電烙鐵頭的熔蝕（因銅和錫相互擴散引起），並可用於焊接細線。

(9)磷(P)：量小時會增加焊料流動性，量大時則會熔蝕電烙鐵頭。下表所示為焊料雜質含量對操作和結合性能影響的實驗結果。表中列舉的鋅、鋁、鎘等雜質均屬有害雜質，即使是0.001%的含量，不但會使焊點外觀變差，而且會明顯地影響潤濕性和流動性，給焊接工作增加困難。b

焊錫的雜質和各種特性雜質機械特性焊接性能熔化溫度變化其他銻(Sb)拉伸性﹑機械強度均增大﹐變脆降低潤濕性﹑流動性熔化區變窄電阻增加鉍(Bi)變脆低熔點降低容易冷卻時產生裂紋鋅(Zn)變脆流動性﹑潤濕性降低熔點提高多孔﹐表面晶粒粗大鐵(Fe)結合力減弱不易操作熔化區變寬帶磁﹐容易吸附在鐵上鋁(Al)脆而硬流動性降低熔點提高易氧化腐蝕砷(As)變脆流動性提高一些熔點提高形成水泡狀﹐針狀結晶磷(P)脆而硬少量會增加流動性熔點提高腐蝕銅鎘(Cd)變脆影響光澤﹐流動性降低熔化區變寬多孔﹐白色銅(Cu)變脆焊接性能降低熔點上升形成粒狀不易熔化的化合物鎳(Ni)變脆需活性焊劑熔點上升形成水泡狀結晶銀(Ag)超過5％容易產生氣體適用於陶瓷熔點上升耐熱性增加地區項目合金成份研究建議合金成份美國NCMCNEMISn-Bi58，Sn-Ag3.5-Bi4.8，Sn-Ag3.5Sn-Ag3.9-Cu0.6Sn-Ag3.9-Cu0.6歐洲DTI，ITRIIDEALSSn-Ag3.5，Sn-Cu0.7Sn-Ag3.5，Sn-Cu0.7，Sn-Ag3.8-Cu0.7Sn-Ag(3.4～4.1)-Cu(0.45～0.8)Sn-Ag3.8-Cu0.7日本JEIDAJWESSn-Ag3.5-Cu0.75，Sn-Ag0.3-Cu0.7，Sn-Ag2-Cu0.75-Bi3，Sn-Ag2-Cu0.5-Bi4-Ge0.1，Sn-Ag3.5-Cu0.7-Bi5，Sn-Ag3.5-Bi6，Sn-Ag1-Bi57Sn-Ag3.5，Sn-Ag3.5，Cu0.7，Sn-Ag3-Bi3，Sn-Ag3-Bi5，Sn-Ag3.5-Bi2.5-In2.5Sn-Ag3-Cu0.5a

世界上的無鉛焊錫(膏)研究計畫四焊錫的特性和等級b

無鉛焊錫(膏)的特性c

焊錫的等級劃分根據焊錫中不純物的含量按下表分類★MIL標準中的雜質容許值，因含錫百分比的不同略有不同。

焊錫雜質的標準值最近，隨著電子設備、零部件和元器件向小型化發展，對焊接的要求更嚴格了。以前，聯邦標準QQ－S－571是保證焊接達到合乎要求的某一最低水平的一個標準。此標準至今還很有效，但從使用情況來看，其中規定的雜質容許值偏高。不純物代表性表示的詳細敘述參照JISZ3282。五焊錫的製造方法焊錫原料按規定量投入熔解容器中後，加熱熔化，然後流入成型槽中，凝固。根據需要的形狀進行擠型、壓延，拉線等加工。(1)焊錫棒、錫球製造過程﹕(2)焊錫絲製造過程﹕

(3)錫膏製造過程﹕(4)BGA錫球製造過程﹕

六焊錫选择从上诉焊锡料的介绍来看，焊锡材料的选择其实没有特定的规定