焊錫是在易熔金屬錫中加入一定比例的鉛和少量其他金屬制成，其熔點(diǎn)低、流動性好、對元器件和導(dǎo)線的附著力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、不易氧化、抗腐蝕性好，并且焊點(diǎn)光亮美觀。
焊錫是在焊接電路中連接電子元器件的重要工業(yè)原材料，焊錫的制作方法是先用熔融法制錠，然后壓力加工成材。焊錫按含鉛量分，可以分為有鉛焊錫和無鉛焊錫兩種。按焊錫使用方式不同，可分為錫線和錫條。
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。
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(biāo)準(zhǔn)焊接作業(yè)時使用的線狀焊錫被稱為脂松香芯焊錫絲或焊錫絲。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錫的熔點(diǎn)+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。
分類
有鉛焊錫
由錫（熔點(diǎn)232度）和鉛（熔點(diǎn)327度）組成的合金。其中由錫63%和鉛37%組成的焊錫被稱為共晶焊錫，這種焊錫的熔點(diǎn)是183度。
無鉛焊錫
為適應(yīng)歐盟環(huán)保要求提出的ROHS標(biāo)準(zhǔn)。焊錫由錫銅合金做成。
使用分類
錫線
標(biāo)準(zhǔn)焊接作業(yè)時使用的線狀焊錫被稱為脂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。
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(xì)（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。這種焊錫膏廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)中的表面貼裝技術(shù)（SMT）工藝。
研究進(jìn)展
錫（Sn）是一種常見的低熔點(diǎn)金屬，無毒害，延展性好，常溫下物理化學(xué)性質(zhì)都相當(dāng)穩(wěn)定，能抗有機(jī)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(diǎn)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(kuò)展率、粘性、腐蝕性等方面。
1、高溫?zé)o鉛焊錫膏
1） Sn-Ag（-Cu）系
Sn-Ag系共晶成分為Sn3.5Ag，共晶點(diǎn)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(qiáng)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(jī)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(jī)械強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)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(dá)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(qiáng)度高，是焊點(diǎn)電接觸性能和強(qiáng)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(diǎn)的電接觸和強(qiáng)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(jī)械性能。此款焊料的優(yōu)點(diǎn)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(rèn)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(qiáng)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?zé)o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(diǎn)接近Sn-Bi合金，當(dāng)Bi含量接近50%時，其固液相區(qū)溫度間隔小于10 ℃；當(dāng)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(jìn)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(diǎn)199 ℃，比SAC的共晶溫度（217℃）低20℃，比Sn-Pb的（183℃）高15℃，是熔點(diǎn)最接近Sn-Pb熔點(diǎn)的合金。通常情況下，焊接部分的凸點(diǎn)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)彳洠B接強(qiáng)度會變?nèi)酰灰谕裹c(diǎn)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(diǎn)，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?zé)o鉛焊錫
Sn-Bi系
Sn-Bi合金共晶（Sn58Bi）點(diǎn)為139 ℃，采用這種焊料的實(shí)裝溫度可降到200℃以下。Sn-Bi系無鉛焊料具有熔點(diǎn)低、潤濕性良好的優(yōu)點(diǎn)，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（脂松香、有機(jī)鹵化物等）、表面活性劑（以烷烴類或氟[fú]碳類等高效表面活性劑為主）和溶劑組成。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[qiān]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
參考資料 >