焊料介绍
銲料性質
1.前言
目前各種形式的合金焊料，其最權威的國際規範為J-STD-006。此文獻之最新版本為1996.6的Amendment 1，由於資料很新，故早已取代了先前甚為知名的美國聯邦規範
QQ-S-571。IPC還有一份重要的焊接手冊IPC-HDBK-001其中之4.1，曾定義“熔點”在430℃以下為“軟焊”(Soldering)，也就是錫焊。另熔點在430℃以上稱為“硬焊”（Brazing），係含銀之高溫高強度焊接。早期歐美業界，亦稱熔點600℉（315℃）以下者為軟質銲錫，800℉（427℃）以上者為硬質焊錫。
原文Solder定義為錫鉛含金之焊料，故中譯從金旁為“銲錫”，而利用高
熱能進行熔焊之Soldering（註意此一特定之單字，並非只加ing而已），則另從
火旁用字眼的“焊接”，兩者涵義並不完全相同。
2.共熔(晶)銲錫
銲錫焊料（Solder）主要成分為錫與鉛，其他少量成分尚有銀、鉍、銦等，各有不同的熔點（M.P.），但其主要二元合金中以Sn63/Pb37之183℃為最低，由於其液化熔點（Liquidus Point）與固化熔點（Solidus Point）的往返過程中，均無過渡期間的漿態（pasty）出現，也就是已將較高的“液化熔點”與較低的“固化熔點”兩者合而為一，故稱為“共熔合金”。且因其粗大結晶內同時出現錫鉛兩種元素，於是又稱為“共晶合金”。此種無雜質合金外表很光亮之“共熔組成”（Eutectic Composition）或“共熔銲錫”（Eutectic Solder），其固化後之組織非常均勻，幾無粒子出現。其合金比例之不同將影響到熔點變化，該變化之“平衡相圖（Phase Diagram）”，圖請參考第12期TPCA會刊。
另一種組成接近共熔點的Sn60/Pb40合金，則在電子業界中用途更廣，主要原因是Sn 較貴，在焊錫性（Solderability）與銲點強度（Joint Strength）幾無差異下，減少了3﹪的支出，自然有利於成本的降低。與前者真正共熔合金比較時，此60/40者必頇經歷少許漿態，故其固化時間稍長，外觀也較不亮，但其銲點強度並無不同。不過後者若於其固化過程中受到外力震動時，將出現外表顆粒粗麻之“擾焊”現象（Disturbed）之銲點，甚至還可能發生“縮錫”（Dewetting）之不良情形。
3.銲料之特性
除了“銲錫性”好壞會造成生產線的困擾外，“銲點強度” （Joint Strength）更是產品後續生命的重點。但若按材料力學的觀點，只針對完工銲料的抗拉強度（Tensile Strength）與抗剪強度（Shear Strength）討論時，則並不務實。反而是高低溫不斷變換的長期熱循環（Thermal Cycling，又稱為熱震盪Thermal Shock）過程中，其等銲點由於與被焊物之熱脹係數（TCE）不同，而出現塑性變形（Plastic Deformation），再進一步產生潛變（Creep）甚至累積成疲勞（Fatigue）才是重點所在。因此等隱憂遲早會造成銲點破裂（Crack）不可收拾的場面，對銲點之可靠度危害極大。
元件的金屬引腳與元件本體，及與板面銲墊之間的熱脹係數（TCE）並不相同，因而在熱循環中一定會產生熱應力（Stress）進而也如響應斯的出現應變（Strain），多次熱應力之後將再因一再應變而“疲勞”（Fatique），終將使得銲點或封裝體發生破裂，此種危機對無腳的SMD元件影響更大。現將常見共熔銲料之一般機械性質整理如下：
3.1共熔點63/37的銲料，其常溫中的抗拉強度（Tensile Strength）為7250 PSI，而常見冷軋
鋼（Cold Rolled Steel）卻高達64,000 PSI，但此抗拉強度對銲點強度的影響反不如抗剪強度（Shear Strength）來的大，若加入少量銻後成績會較好。至於展性（Ductility）與
彈性模數（Elastic Modulus）則63/37者均比其他高熔點者二元合金要更好，兩合金之導電導熱則比純錫差，且隨鉛量增加時會呈少許下降。一般63/37者其強度較其他比例更好。多錫者也比多鉛者為強。
3.2各種比例的錫鉛合金焊料，其強度均比單獨錫鉛金屬較好。比重值則隨鉛量愈多而增
大，呈液態時表面張力與合金比例的關係不大。
3.3銲點抗潛度（Creep）能力的好壞，對可靠度的重要性將遠超過抗拉強度。不幸的是愈接
近共晶比例而結晶粒子愈粗大者，其潛變也愈大。而柱狀結晶的抗潛變能力也不如等軸結晶（Equiaxial）者。銲點合金在長期的負荷下會出現原子結晶格子（Atom Lattice）的重整；也就是銲點經長時間劣化下，最後終究會發生故障，原因當然是長時間應力而帶來過度“應變”而成“疲勞”所致。
3.4銲點強弱與助銲劑，銲錫性及IMC有關，由許多試驗結果可知，強度與填錫量多少無
關，錫量太多反而無益。焊接時間不宜超過5秒，愈久愈糟，焊溫也不可太高。
4.低溫與高溫銲錫
上述共熔銲錫之熔點為183℃，某些對高溫敏感的元件而言，其組裝時需用到熔點低於183℃者，稱為“低溫銲錫”（Low Temperature Solder），其實用配方中需另外加入鉍（Bismuth，Bi）與銦（Indium，In）。由於加入此二者所形成的銲料都存在著某些缺點（如強度不足），故量產工業尚無法以取代錫鉛之共熔銲料。加入鉍之冷卻後銲點，不易出現膨脹情形，會對銲點造成額外的應力，此種銲點強度不足的隱憂較焊錫性不良更糟。而銦卻由於價格太貴也無進入量產用途。至於高溫銲料者則以含銀者最常見，現分述於後：
4.1含鉍銲料
含鉍銲料除了銲點會稍有膨脹之不良外，尚因其銲溫甚低，有時會導致助焊劑無法全然發揮其活性，以致造成縮錫等焊錫性不良問題。再者是含鉍時容易氧化，致使銲點強不足。此點對安全用電的保險絲（Fuses）而言尤其重要，一旦氧化後經常會造成該斷而未斷之情形，安全上將大打折扣。
4.2含銦銲料
含銦之銲錫也會有銲點強度不足的煩惱，且價格不十分昂貴，但也具有一些優點，如：
(1)沾錫性（Wettability）非常良好。
(2)展性（Ductility）良好，可呈現極佳的抗疲勞性（Fatigue Resistance），甚至還優於錫
鉛之共熔合金。
(3)焊接動作與錫鉛共熔銲料相比較時，就黃金成份熔入所造成的缺失，則含銦銲點者
較為輕微。
4.3含銀銲料
當零件腳或板面銲墊之表面處理為鍍銀表面時，則其銲料中若添加少許銀份時，則可大大減緩外界銀份熔入的缺點。但此等熔點較高的含銀銲料通常銲錫性都不好，銲點外表昏暗，機械強度也不足。
5.銲料與製程
5.1合金互熔
錫鉛二元合金之銲料，事實上是錫熔進鉛中，而所謂的Solder即是二者之“溶液”而已。高溫焊接中板面承墊中的銅份也會融入鉛與錫中，也就是銅原子會擴散進入熔融的銲料內，並在銲料與底銅之間形成居中的介面層IMC（Cu6 Sn5），也唯有如此才能真正的焊牢。一但銲墊外表發生銅面氧化物或其他表面污染物時，則會阻止銅份的擴散而無IMC的產生，以致無法焊牢。並出現所謂縮錫（Dewetting）或不沾錫（Non-Wetting）等銲錫性不良的表徵。
5.2沾錫過程
沾錫（Wetting）亦稱為Tining，其動作說時遲那時快，首先是高溫中助焊劑展現活性（Activity），迅速去除金屬銲墊表面的氧化物或污物或有機護銅劑等（如Entek），使熔融的銲錫與底銅（或底鎳等其他可焊金屬）之間，迅速產生如樹根般的一薄層“界面合金共化物”（Inter Matalic Compound Intermetallic Compound Cu6 Sn5），而沾錫及焊牢。
在銲點外觀上可見到銲料向外向上擴張地盤的動作，其地盤外緣有一種“固/液/氣”三相交會處，隱約中似乎出現“蓄勢待發”而奔出的小角度，特稱之為沾錫性的接觸角（Contact Angle ,θ），亦稱為如噴射機般的雙反斜角（Dihedral Angle）。此接觸角度愈小，則沾錫性或焊錫性也愈好。
實際上沾錫力量（Wetting Force）是受到幾股力量的影響。下圖即為其等力量平衡及冷卻後的焊點斷面說明，現以淺顯易懂的語言配合圖面說明詮釋(請參考第12期TPCA會刊)。
θ角=雙反斜角，接觸角，或常說的沾錫角。
ｒ=介面之間所出現的表面能(Surface Energies)或力量，係指清潔銅面對銲錫金屬的親和力，亦即產生IMC（Cu6 Sn5）時互親的力量，也就所謂的銲鍵(Solder
Bond)。但銅對鉛則不會產生任何親和力。
r sr=地盤外緣固相與汽相之間的力量，即液錫向外擴張時所呈現的附著力(Adhesive Force) 此力量愈大時沾錫角愈小，焊錫性也愈好。
r ls=液相與地盤內固相之間的親合力量，必頇要先生成IMC時才會表現出力量，且此力幾乎是固定不變的。對整體而言此力只會呈現液相本身向內收縮的
內聚力(Cohesive Force)，對向外擴張並無助益。
r lv=液相與汽相間的力量，此力又可再解析成為垂直分力(r lv˙sinθ) 與水平分力(r lv˙cosθ); 後者表現得愈大時,沾錫性或焊錫性也愈好。
由圖中公式r sr=r ls+r lv˙cosθ，向外擴張的沾錫力量想要最大
時，則其水平分力(r lv˙cosθ) 也應最大，也就是θ角要愈小愈
好。當θ角=0 時，則cosθ=1,於是向外擴張的沾錫力量r sv也變
成最大（亦即焊錫性最好）。
5.3 介面合金共化物IMC
焊接動作之所以能夠焊牢，最根本的原因就是銲錫與底金屬銅面之間，已產生了
IMC(Intermatallic Compound Layer) 之良性介面合金共化物Cu6 Sn5，此種如同樹根或家庭中子女般之介面層，正是相互結合力之所在。但IMC有時也會在銲錫主體中發現，且呈現粒狀或針狀等不同外形。其液態時成長之初的厚度約為0.5-1.0μm之間，一旦冷卻固化IMC後還會緩緩繼續長厚，而且環境溫度升高時還將會長的更快，最好不要超2μm。久了之後在原先Cu6,Sn5之η–phase(註η為希臘字母，讀做Eta)良性IMC，與底銅之間還會另外生出一層惡性ε-phase(註: ε 讀做Epsilon) 的Cu3 Sn. 此惡性者與原先良性者本質上完全不同，一旦ε-phase出現後其銲點強度即將漸趨劣化，脆性逐漸增加，IMC本身鬆弛，甚至
整體銲點逐漸出現脫裂浮離等生命終期的到來。
一般IMC的性質與所組成的金屬完全不同，常呈現脆性高、導電差，且很容易鈍化或氧化等進一步毀壞之境界。並具有強烈惰性頑性，一般助焊劑均無法加以清除。常見之IMC 除了銅錫之間者，尚有錫鎳、錫銀、與錫金甚至錫鐵等IMC，其等後續平均成長之速度與活化能等比較列表如下：
※各種IMC後續平均成長速率之比較
要注意的是上述銅錫之間IMC的成長情形，係針對其共熔組成的銲料
(63/67)而言，其他錫鉛比合金對銅生長IMC的速率，則又有不同；但其擴散的
過程都是來自底銅中的銅原子而向銲錫中逐漸滲入，且隨周遭溫度之上升而加
速。
5.4銲點之微結構
錫與鉛此二元合金（Binary Alloy）會以任何比例形成各種協調的合金，而其共熔點（Eutectic point）Sn63/pb37 之合金，若仔細觀察時會呈現一種多鉛溶入錫中的一種固溶體(Solid Solution)。若其熔融液態合金慢慢冷卻時，會形成一種粗大結晶(Coarse-Grained)狀的合金晶粒，且在結晶中會同時出現兩種元素故稱為“共晶”，但在其他重量比之各種組成則所見不多。
其實此種粗大的結晶對銲點強度反而不好，必頇具備“細晶”(Fine-grained)的結構者，其強度(strength)與抗疲勞性(Fatigue-resistance)才會更好。不過後續遭遇其他高溫的機會也還能改變上述的粗大結晶。至於其他不同成份的銲錫，其結晶組織也各有不同。當組成離開共晶點而往鉛方向移動者，其合金將呈現展性(Ductility)增加及抗潛變(Creep)降低之情形。當朝向錫方向前進時；則抗潛變與硬度都會少許增加。
但當合金組成變為Sn96/Pb4 時，則將成為一種單相的銲錫合金。其結構已不再隨溫度循環以及熱遭遇(Thermal Exposure)而改變，故強度反而提高，展性減少，抗潛變能力也更好，抗疲勞性也增強。然而在PCBA無法忍受太高焊溫的現實下，故只好仍沿用接近熔點較低的共晶點銲錫，表面黏裝元件(SMD)尤其如此。為了挽救其銲點強度之不足，還可採行下列補強性的措施：
?減少板面焊墊與零件以及銲點三者之間熱脹係數的落差。
?選擇適當的銲點外形以減少應力及應變。
?放棄無引腳的元件，採用伸腳或勾腳者，以緩衝脹縮的差異。
?選擇適宜合金比率的銲料。
業界早期曾使用過一種頗為清潔的“蒸氣焊接”（Vapor Soldering）製程，即因其銲點結晶十分粗糙而強度不足，再加上其他原因，目前已被淘汰。
5.5銲點的後續故障Solder Joint Failure
一旦引腳、銲點合金、與焊墊(即板材)三種焊接單元之熱脹係數無法吻合匹配時，則經過高低溫多次變化中，其銲點會因漲縮之疲勞而逐漸發生故障，會因潛變而導致銲點的破裂。Sn63/Pb37之共晶合金由於結晶粗糙，故其耐疲勞性並不好。但若刻意加入2%的銀而成為Sn62/Ag2/Pb36者，則其抗拉強度與抗潛變強度都會有極大的改善。在許多前人對各種銲錫合金的研究中發現，Sn96/Ag4 之合金具有最堅強的耐疲勞特性，且經過美國政府與民間過去20年對焊點的研究告(ISBN 0-87339-166-7)指出，銲點故障的主因就是溫度變化所造成的“疲勞”(Fatigue)故障。許多完工的組裝板，即使放在貨架上而並未實際使用，經歷一段時間的日夜溫度變化下，就會發現一些通電不良的焊點故障情形。凡三種參與焊接之單元間其熱脹係數落差愈大者，則銲點愈容易發生故障。反之則不易出現故障，故規範中所強調的高低溫熱循環試驗(Thermal Cycling Test, -55℃,15分／+125℃,15分，共執行100次)，就是最能接近事實的可靠度試驗。
此外，銲點合金在長期負荷下，還容易發生“潛變”(Creep)，這是一種“塑流”(Plastic Flow)所造成的壓力紋裂(Stress Rupture)，故元件愈重者愈糟糕(如板面上所裝的變壓器就是)，需另做其他如螺絲等之補強措施才行。而Sn63/Pb37的抗潛變強度又低於其抗拉強度，且高溫中連接的成績更差，如125℃時前者只有1.4-3.4 Mpa 而已。
6.錫膏Solder Paste Or Solder Cream
6.1.概況
目前電子業用於SMT熔焊（Reflow）的錫膏規範，現行者為J–STD–005（1995.1.）已取代著名的美國聯邦規範QQ–S–571，而下一代新版本的J–STD–005A亦正在修訂中。
“錫膏”顧名思義是將零件腳（不管是伸腳、勾腳或BGA用的球腳等）以其黏著力（Tack Force）暫時加位定位，再經高溫使熔銲成為銲點之特殊焊料是也。
錫膏的組成是由錫鉛合金的小粒微球（正式稱銲錫粉Solder Powder），再混以特殊高黏度的助焊膏混合物（稱為助焊性黏合劑Flux Binder）而成灰色的膏體，可供印刷黏著或其他方式施工，而在板面焊墊上予以適量分佈配給，做為多點同時熔焊的銲料用途。
錫膏本身是一種多相的“非牛頒流體”（指流速不受外力與黏度的支配而受到剪率（Shear Rate）的主宰，如蕃茄醬即是），其中含有特殊專密的（Propritary）“抗垂流劑”（Thixotropic Agent，又稱為搖變劑），使錫膏具有可順利印刷以及著落在定點後，即不再輕易流動的特性，以防止密墊之間的相互垂流而坍塌。其中所加入的助焊劑需不可具有腐蝕性，並以容易清洗清除為原則。目前“免洗”的流行，故熔焊後銲點附近所被逐出的有機物，亦需對整體組裝品無害才行。
6.2.錫粉Solder Powder
錫粉係由熔融的液態銲錫，經由噴霧（Atomizing）或自轉甩出於氮氣中，再經冷卻墜落及篩除掉一些長形或不規則狀的粒子，而得到儘量要求大小一致的球體。為刻意方便印刷中的流動及印著點的堆積實在起見，各種等級的錫膏中，其球徑大小之百分比分配也各有不同，但主球體重量比值在82–92％之間，當然各種小粒銲球的成份必頇保持穩定一致，則是無庸置疑的事。不過經分析Sn63／Pb37的銲粒後，事實上還是會發現純錫或是Sn10／Pb90等不同成份的小球存在，這可能是供應商刻意為調整特殊需求而加入的。
再者錫粉表面難免不會氧化，“表面積／体積”比值愈大者則氧化機會也愈大。氧物物當然不利於熔焊的進行，而且還容易引發濺出而形成焊後的不良錫球。又當錫粉之粒徑及外形相差過於懸殊時，對網版或鋼板印刷甚至注射法的施工都很不利，常會造成出口的堵塞（Log jams）。不過經驗中也曾學習到錫粉中還頇備有著某種“不均勻外形”者之比率存在，如此方可減少熔焊前預熱中錫膏的坍塌（Slump），當然最好還是由Binder來控制此種缺陷才是正途。總之錫粉的球狀均勻度（Uniformity ﹠Sphere）已經成為品管的要項之一了。
6.3.錫粉粒徑的選擇
當錫膏中的錫粉粒子愈小時，其形成銲點後向外逸出不良錫球之機會也就愈大。此乃因其“表面積／体積”的比值愈大時，也需要較多的助焊劑以減少其氧化，因而一些較小粒子者（15μm以下）就很容易在熔焊時從主體中被“沖擠”出來。故各型錫膏配置時必頇訂定其選用粒徑大小（Particle size），與其重量百分比的分配（Size Distribution）兩種參數，以適應印刷時開口的大小及減少不良錫球的產生。
下二表即J–STD–005中6種型別錫膏的錫粉粒經與分配情形〃
表：按標稱粒度重量百分比所組成之三種粗粒錫膏
表：按標準粒度重量百分比所組成之三種細粒錫膏
6.4.錫膏中有機物的影響
錫膏的黏度太低時，不但所印膏體定位困難（至少保持2–3小時不變形），且很容易造成坍塌及熔焊後的搭橋短路。由於其黏度又與環境溫度有直接的關係，故未操作使用時，應儲存在冰箱中（還可防止吸濕）。從實驗結果得知，每上升4℃時其黏度值即下降10％。因而錫膏的印刷及零件的放置區，其室溫的降低及穩定是何等重要了。且零件放置前及引腳黏妥後的預熱溫度與時間均不宜過頭，以減短路與錫球的發生。再者溶劑含量也是造成不良錫球原因之一，溶劑太多自然容易出現搭橋。而當助焊劑之軟化點（Softtening Point）太低時搭橋比例也會增大；但若其軟化點太高時則分子量必大，在內聚力加強之下，將使之不易分散及清洗。
6.5熔銲中錫球的煩惱
早先流行清洗的年代，錫膏熔銲後發生錫球的煩惱尚不很嚴重，只要體積不是太小（5mil 以上），引腳密度不是太密者都可以被沖洗乾淨。然而自從服膺環保的要求，推動“免洗”製程之下，焊熔後大小錫球都成了痛苦的夢魘。究其原因而著手解決數種辦法不少，現介紹一些實用者如下：
(1)錫膏印著量太多或印著位置偏移，以致造成濺出者；可從減小開口面積或減
薄銅板厚度，以改善對準度方面帶來的錫球。
(2)錫膏中溶劑太多，或吸水後黏度降低（應降低印刷現場的溼度與錫膏在銅板
上停留的時間）造成熔合時濺出，減少其溶劑與吸水即可。
(3)配方中較小粒徑的錫粉太多，一旦未及熔合成為主體者即可能被排除在外而
成錫球。
(4)氧化物太多或灰塵之吸附，造成銲錫性不良。在不易熔合成主體下，即有部
分會飛散出去。
(5)預熱過度常造成氧化增加、黏度降低；頇認真作實驗選出最好的升溫曲線。
或因事先放置零件時，踩腳力量過大也會造成錫球。
(6)板面綠漆硬化不足，造成濺錫之容易附著。可採棉花棒沾二氯甲烷去擦拭綠
漆表面，觀察是否掉色即大概知曉綠漆的硬化情形。
(7)電路板SMT焊墊之表面處理層（如噴錫、OSP護銅劑、化鎳、浸金、與浸
銀或浸錫等），其等狀況也會影響到錫球的多寡、其中以噴錫板的錫球較多。
电子封装用无铅焊料的最新进展
１ 引言 一直以来，铅锡合金作为电子工业的主要封接材料，在电子部件装配上占主导地位。然而铅及铅化合物属剧毒物质，对人体及牲畜具有极大的毒性。尤其是近年来随着人们环保意识的增强和对于自身健康的关注，铅污染越来越受到人们的重视。 ２００３年７月１３日，欧盟正式颁布ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令，并明确要求其所有成员国必须在２００４年８月１３日以前将此指导法令纳入其法律条文中。该法令严格要求在电子信息产品中不得含有铅、汞、镉（ｃａｄｍｉｕｍ）、六价铬（ｈｅｘａｖａｌｅｎｔ ｃｈｒｏｍｉｕｍ），多溴联苯（ｐｏｌｙｂｒｏｏｍｉｎａｔｅｄ ｂｉｐｈｅｎｙｌｓ ＰＢＢ）及多溴二苯醚（ｐｏｌｙｂｒｏｍｉｎａｔｅｄ ｄｉｐｈｅｎｙｌｓ ｅｔｈｅｒｓＰＢＤＥ）。 严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅焊接提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。但在工艺方法上，无铅焊料还存在很多缺点和不足，急需解决。 目前，国内关于无铅焊料和无铅钎料的专利共有６９条，从中可以看出我国自己的专利申请速度在不断加快。多数专利是在主要元素基础上，通过添加微量元素来改善焊料的性能，但有的专利由于组元太多，在生产中会产生困难。同时，尽管现在有很多专利，但是这些专利范围的成分还没有达到最佳性能，不能满足所有要求。 ２ 无铅焊料的三大弱点 自欧盟颁布ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令以来，世界各国 电子封装用无铅焊料的最新进展 黄卓１，张力平２，陈群星２，田民波１ （１．清华大学 材料科学与工程系，北京 １０００８４； ２．振华亚太高新电子材料有限公司，贵州 贵阳 ５５００１８） 摘要：随着ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令的颁布，电子封装行业对于无铅焊接提出了更高的要求。根据国际上对无铅焊料的最新研究进展提出了无铅焊料“三大候选”的概念。总结了目前无铅焊料尚存的三大主要弱点，并对国际上推荐使用的几种无铅焊料的优缺点进行了概述。 关键词：无铅焊料；候选焊料；熔点；稳定性 中图分类号：ＴＮ３０５．９４ 文献标识码： Ａ 文章编号：１００３－３５３Ｘ（２００６）１１－０８１５－０４ Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｅａｄ－Ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ＨＵＡＮＧ Ｚｈｕｏ１， ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｐｉｎｇ２， ＣＨＥＮ Ｑｕｎ－ｘｉｎｇ２， ＴＩＡＮ Ｍｉｎ－ｂｏ１（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４， Ｃｈｉｎａ； ２． ＺｈｅｎｈｕａＡｓｉａ－Ｐａｃｉｆｉｃ Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００１８， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｏｆ ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ， ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｒａｉｓｅｄ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｊｏｉｎｔｉｎｇ． Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ ｗｅｒｅ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎ ｗｅａｋｎｅｓｓｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ ｂｅｉｎｇ ｕｓｅｄｎｏｗａｄａｙｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ａｎｄ ａ ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ａｓ ｗｅｌｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ； ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｓｏｌｄｅｒ； ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ； ｓｔａｂｉｌｉｔｙ 基金项目：国家“８６３”计划引导项目（２００２ＡＡ００１０１３） Se mi con duc to r Tec hno log y Vo l. 31 No. 11 No ve mbe r 2006815
无铅焊料的发展是由于人们认识到生态环境的重要性以及人的身体(精)
无铅焊料的发展是由于人们认识到生态环境的重要性以及人的身体健康而发展起来的，其大致可以分为以下几个阶段： (1)无铅焊料的提出阶段 1991年和1993年，美国参议院提出“Reid Bill”，要求将电子焊料中铅含量控制在0．1％以下。由于当时所有的电子产品都离不开有铅焊料，有铅焊料发展得相当成熟，而在那时人们对生态环境的保护意识还不够，对铅对人体损伤的认识不足，因而没有受到重视。 (2)无铅焊料的发起阶段 从1991年起NEMI、NCMS、NIST、Drr、NPL、PCIF、ITRI、JIEP等组织相继开展无铅焊料的专题研究，耗资超过2 000万美元，目前仍在继续。 (3)无铅焊料的运用阶段 在1998年10月，第一款批量生产的无铅电子产品Panasonic MiniDisc MJ30问世。20世纪90年代中叶，日本和欧盟作出了相应的立法：日本规定2001年在电子工业中淘汰铅焊料，在2004一年禁止生产或销售使用有铅焊料焊接的电子生产设备；而欧美在2006年禁止生产或销售使用有铅材料焊接的电子生产设备，但是由于无铅焊料还存在技术上的原因，有可能到2008年才能实现电子产品无铅化。 2.无铅焊料的技术要求 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）熔点低，合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶焊料相当，具有良好的润湿性；（2）机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能； （3）热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的共晶焊料相当，具有良好的润湿性； （4）机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能； （5）要与现有的焊接设备和工艺兼容，可在不更换设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。（6）焊接后对各焊点检修容易； （7）成本要低，所选用的材料能保证充分供应。 3.常见的无铅焊料及特性 最有可能替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等金属元素，通过焊料合金化来改善合金性能提高可焊性。 目前常用的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi为基体，添加适量其它金属元素组成三元合金和多元合金。 （1）Sn-Ag系 锡银系(Sn96.5-Ag3.5)焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。它的状态图如图3.9所示，共晶温度为221℃，与单村的共晶合金状态图相比（图3.8），Ag含量超过50％的成分范围比较复杂。在75％Ag含量附近有一个纵长的区域，写着Ag3Sn，在此成分和温度区域内，Ag3Sn能够稳定地存在。仔细看可以发现，在这个Ag3Sn区域的左侧与二元共晶状态图相似。在Sn和Pb二元合金的情况下，Sn和Pb结晶彼此都能在某种程度上固溶对方的元素，然而Sn中几乎不能固溶Ag。也就是说，所形成的合金组织是由不含银的纯β-Sn 和微细的Ag3Sn相组成的二元共晶组织。 图3.9 添加Ag所形成的Ag3Sn因为晶粒细小，对改善机械性能有很大的贡献。随着Ag含量的增加，其屈服强度和拉伸强度也相应增加。从强度方面来说，添加1-2％以上的Ag就能与Sn-Pb共晶焊锡相同或者超过它。添加3％以上的Ag，强度值显著比Sn-Pb共晶焊锡要高，但超过3.5％以后，拉伸强度相对降低。这是因为除了微细的Ag3Sn结晶以外，还形成
常用锡铅焊料参数
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)
电子产品中的无铅焊料及其应用与发展
- 5 - 电子产品中的无铅焊料及其应用与发展 苏佳佳1,2，文建国2 （1.广东工程职业技术学院，广州 510520；2.广东工业大学，广州 510006） 摘 要：由于传统焊接技术使用的Sn-Pb 焊料中的铅会对环境造成污染而被禁止使用，近年来无铅焊料成为了研究热点。文中介绍了运用于电子产品中的无铅焊料的发展背景、特点及要求。根据应用温度不同，无铅焊料可以分为低温、中温和高温无铅焊料。文章综述了它们各自的应用特点、场合及存在的问题和发展前景。 关键词：无铅焊料；锡银合金；锡锌合金；锡铋合金 中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1681-1070（2007）08-0005-04 Application Feature and Development of Lead-Free Solders Used in Electronical Product SU Jia-jia 1，2 , WEN Jian-guo 2 （1. Guangdong Polytechnic College , Guangzhou 510520, China ;2. Guangdong University of technology , Guangzhou 510006, China ） Abstract: Due to the destroyed to environment, the solders of Sn-Pb which have been used in traditional welding technology are forbidden. And the lead-free solders have been extensively research in these years. In this paper, the developing-background, feature and requirement of lead-free solders which used in electronic product were introduced. According to the application temperature, the solders have three types, which are low-temperature, mid-temperature and high-temperature. And their application features, fields and existing problems were presented respectively. The development of lead-free solders was also described.Key words: lead-free solder; S n-Ag; Sn-Zn; Sn-Bi 收稿日期：2007-05-11 1 引言 焊料从发明到使用，已有几千年的历史。Sn-Pb 焊料以其优异的性能和低廉的成本，得到了广泛的使用。但是，铅及其化合物属于有毒物质，长期使用会给人类生活环境和安全带来危害。因此，限制铅使用的呼声越来越高，各个国家已积极通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。20世纪90年代初，美国国会提出了关于铅的使用限制法案（HR2479-Lead Based Paint Hazard Abatement Trust Fund Act ，S-1347-Lead Abate-ment Trust Fund Act ，S-729-lead Exposure Reduction Act ），并由NCMS （the National Center for Manu facturing Sciences ）Lead Free Solder Project 等进行无铅焊料的研究开发活动。目前，研究替代Sn-Pb 焊料的无铅焊料主要集中在Sn-Ag 、Sn-Bi 、Sn-Zn 几种合金焊料上[1]。 2 无铅焊料的特点 理想的无铅焊料最好与原来的Sn-Pb 共晶焊料有相同或相近的性能，比如具备低熔点，能像纯金属那样在单一温度下熔融、凝固，具有与Sn-Pb 相同的熔融温度范围、良好的接合性能和浸润性等。对于
无铅焊的发展现状和发展趋势
无铅焊技术的发展现状和发展趋势 摘要 在焊接技术的发展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视。随着无铅焊接的逐步应用（这是大势所趋），越来越多的用户开始寻找合适的焊接工具与密管脚芯片返修设备。2006年7月起，进入欧盟市场的电子电气产品将禁用的有害物质包括：镉、六价铬、铅、汞、PBB（多溴联苯）和PBDE （多溴二苯醚）。我国也已制定了相应的法律法规，最后期限也是2006年7月。本文对无铅焊接技术做了主要的介绍。 关键词：焊料趋势工艺窗口设备 Abstract In the process of the development of solder alloys，tin lead has been the most high-quality，low-cost， whether the quality of welding welding materials or reliability of welding is used to achieve requirements，But，as the environmental protection consciousness， strengthen human "and" lead compounds for the harm to human body and pollution to the environment， more and more attention by humans. With the application of lead-free soldering gradually （this is inevitable）， more and more users start looking for the right tools and pipe welding equipment repair feet chips. 2006 July，into the eu market electric products will disable the harmful material include: hexavalent chromium， cadmium， lead，mercury，PBB （br） and PBDE （more spin bromine diphenyl ether）. China has formulated relevant laws and regulations， the deadline is July 2006. In order to make everyone to lead-free soldering have more understanding of lead-free soldering， this paper mainly introduces the doing.
从元素周期表认识无铅焊料的性能
从元素周期表认识无铅焊料的性能 人们对无铅焊料已做了广泛的研究，并已开发出三大系列无铅焊料（表1）。但这几大系列无铅焊料的部分性能，特别是焊接性能/润湿性、焊接温度/工艺性以及经济性等方面，尚不及SnPb焊料。考察这些元素在元素周期表中的位置，我们不难看出，为什么已开发出的无铅焊料在性能上只能部分达到SnPb焊料的水平？或者说，为什么寻找真正能与SnPb合金相同性能的物质是非常非常的困难？ 焊料合金元素在元素周期表中的位置 目前，已经开发成功的无铅焊料的合金成份，基本上由下列元素组成（图1）。元素周期表（表2）显示，这几种元素作为焊膏的合金成分几乎是“非君莫属”。 图1 无铅焊料的基本元素 SnPb合金最符合“相似相融”原则 Sn-Pb焊料几乎有了几千年的历史，至今尚无法完全取代它们，表观上与他们的物化性能有关，而最根本的原因是与Sn、Pb两元素在周期表中的位置有关，它们均是第Ⅳ主族元素，排列位置紧紧相连（Sn 在第五周期内，Pb在第六周期内），就好象同一家族内的弟兄俩一样，血脉相通，它们之间互熔性能好，合金本身不存在金属间化合物（IMC）。 但又由于Pb在元素周期表中是第82号元素位，碳族的末端，属第六周期。而Sn在元素周期表中是
第50号元素，排列在次末端，属第五周期。因为Pb的核电荷数为82，远大于核电荷为50的Sn，故通常Sn可以失去最外层的4个电子形成Sn4+离子，如SnO2，故Sn呈现出明显的金属性能，而Pb原子外层也有4个电子，但因核电荷数有82个，对最外层4个电子有大的引力，故通常Pb只能失去2个电子，形成Pb2+离子，如PbO，故Pb元素的活泼性不及Sn元素的活泼性，因此在使用SnPb焊料焊接金属Cu时，实际上只有Sn参与被焊金属Cu等的结合，而Pb不参与反应，Sn与Cu通过相互扩散的原理，形成金属间化合物Cu6Sn5，焊接学中这种扩散又称之为选择性的扩散，但微观的原因仍是由Sn、Pb元素的原子结构所决定，不同的原子结构显示出Sn的活性要高于Pb。 为何Sn仍将是焊料的基材？ 由于Pb的有害性而将被取代，然而Sn仍是作用优良的焊料基材而被利用，这是因为Sn和其它许多金属之间有良好的亲和作用，它的熔点低，无毒无公害，特别是在地球上储藏量大，价格低，因而仍是一种无法取代的焊料基材，因此所谓的无铅焊料仍是以Sn为基材的焊料，既然Sn的位置已定，从元素周期表来看，任何元素都无法代替Pb而构成类似Sn-Pb合金的焊料。 以Bi为例，Bi是除Pb以外离Sn较近元素，Bi是元素周期中排在第Ⅴ主族（氮族）元素的末位，若从周期上看，Bi排在第六周期期第15列与Pb在同一周期，但Pb排在第14列，根据上述的规律Bi与Sn 不是同族元素，并且Bi的金属性比Pb要弱，表3为Sn、Pb、Bi三者的部分物理常数。 从表3中看出，Bi的非金属性明显比Pb强，Bi是菱状晶体（类似金属晶体），具有脆性，SnBi合金的导电/导热性能不及SnPb合金，Bi与Sn有较好的互熔性，但Sn-Bi合金硬度高，延伸性低，不能拉成丝，一句话SnBi合金焊料不及SnPb合金焊料那样好。 只要将相关金属的熔点同它们与Sn构成的共晶合金比例进行比较（图1），就会发现有一个有趣的规律，即随着金属熔点的降低或者更准确地说，随着金属熔点向Sn熔点的靠近，这些金属与Sn的共晶成份的比例就明显提高（表4），这也形象地验证了“相似相融”的原则。 挑选合金配方不是改进无铅焊料性能的唯一方法 已开发出来的Sn-Zn、Sn-Ag、Sn-Cu合金等无铅焊料的部分性能，特别是焊接性能尚达不到Sn-Pb 焊料的水平，这与它们在元素周期表中的位置以及原子结构有着密切的关系。
无铅焊料的研究进展
无铅焊料的研究进展 姓名：张明康 学号：201130410367 学院: 材料科学与工程 专业：金属材料科学与工程
摘要 随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高，电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求，本文综述了无铅焊料的研究现状，存在的问题，并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。 关键词：无铅焊料，电子封装，稀土 ABSTRACT With the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder. Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth 1 前言 长期以来，铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性，成为低温含量中最主要的焊料系列。但是由于所含铅的比例较高，给环境带来了严重的污染，近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注，铅的污染越来越受到人们的重视。欧盟RoHS及WEEE法令的颁布，严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了较大的发展，但仍存在着许多问题。 2 无铅焊料的研究现状
无铅焊料1
无铅焊料 常见无铅焊料合金性能介绍 无铅焊料成为电子组装行业的主要焊接材料。无铅焊料地发展过程中，各种各样的无铅焊料不断涌现，对于无铅焊料合金的组织结构特点和性能的了解就显的十分重要。由于ROHS 指令和WEEE指令在欧洲会议获得批准，2006年7月开始欧洲将禁止含铅电子产品的销售，同时中国也开始进入了无铅化的时代，这都使无铅焊料成为了必然。对于电子行业来说无铅焊料的选择成为了一个关键的问题。为此，材料界进行了大量的研究工作，试图找出可以替代Sn－Pb焊料的无铅焊料。现在各种系别组成的无铅焊料合金有很多种，其中主要有：Sn －Ag、Sn－Zn、Sn－Bi、Sn－Cu等二元合金以及在此基础上添加其他合金元素形成的三元、四元乃至五元合金。下面就对现今主要的无铅焊料合金组织结构及性能进行介绍。 Sn－Ag系列 Sn－Ag系焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。典型的组成比例是Sn96.5-Ag3.5，其熔点为221℃。这种焊料所形成的合金组织是由不含银的纯β－Sn和微细的Ag3Sn相组成的二元共晶组织。添加Ag所形成的Ag3Sn因为晶粒细小，对改善机械性能有很大的贡献。随着Ag含量的增加，其屈服强度和拉伸强度也相应增加。从强度方面来说，添加1-2％以上的Ag就能与Sn-Pb共晶焊锡相同或者超过它。添加3％以上的Ag，强度值显著比Sn-Pb 共晶焊锡要高，但超过3.5％以后，拉伸强度相对降低。这是因为除了微细的Ag3Sn结晶以外，还形成了最大可达数十微米的板状Ag3Sn初晶。形成粗大的金属间化合物不仅使强度降低，而且对疲劳和冲击性能也有不良影响，因此对Ag的含量和金属界面的金属间化合物要进行认真的考究。 在Sn-Ag合金里添加Cu，能够在维持Sn-Ag合金良好性能的同时稍微降低熔点，而且添加Cu以后，能够减少所焊材料中铜的浸析。Sn－Ag－Cu无铅焊料是目前被认为最接近实用化的Sn－Pb焊料替代品，也是目前无铅焊料得首选。典型的组成比例是Sn3.0Ag0.5Cu，熔点为216~217℃。Sn与次要元素Ag和Cu之间的冶金反应是决定应用温度、同化机制及机械性能的主要因素。在这三元素之间有三种可能的二元共晶反应。在温度动力学上Sn更适合与Ag或Cu反应，来形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间化合物。Ag3Sn细微结晶具有相当长的纤维状组织。Ag与Cu一样也是几乎不能固溶于β-Sn的元素。较硬的Ag3Sn和Cu6Sn5粒子在锡基质的锡银铜三重合金中，可通过建立一个长期的内部应力，有效地强化合金。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越细小，越可以有效地分隔锡基质颗粒，结果是得到整体更细小的微组织。这有助于颗粒边界的滑动机制，因此延长了提升温度下的疲劳寿命。Sn3.0Ag0.5Cu焊点中Sn先结晶，以枝晶状（树状）出现，中间夹Cu6Sn5和Ag3Sn。当Cu 含量在0.5~1.3﹪，Ag含量在3.0~3.5﹪时可以得到比较好的合金性能。 Sn－Zn系列 Sn－Zn系无铅合金的典型组成比例为Sn9Zn，熔点是199℃，被认为是最有发展潜力的无铅焊料。Sn、Zn元素以固溶体的形式构成合金，说明了Sn－Zn有较好的互熔性。Zn能均匀致密的分散在Sn中。但由于存在润湿性和抗氧化性差等问题曾被认为是一种并不理想的无铅焊料。近年来对Sn－Zn系合金润湿的研究取得了明显进展，在Sn－Zn中添加Bi焊料是目前研究较为广泛的无铅合金材料。Bi是一种表面活性元素，在熔融状态下，Bi元素能够向溶体表面富集，导致合金的表面张力减小。因此，Bi的加入提高了合金的润湿性能，研究表明在Sn－9Zn为共晶合金的基础上加入Bi虽然提高了合金的润湿性，但往往伴随着焊料力学性能的下降，通过调节合金中Zn的含量，能够减少初生Zn相的生成，在提高润湿性（缩短润湿时间）的条件下降低由于Bi的加入带来的力学性能恶化效果。Sn8Zn3Bi合
无铅焊料的新发展
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。
锡铅比例
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。
焊锡相关知识介绍
助焊剂的特性 1、化学活性（Chemical Activity） 要达到一个好的焊点，被焊物必须要有一个完全无氧化层的表面，但金属一旦曝露于空气中会生成氧化层，这中氧化层无法用传统溶剂清洗，此时必须依赖助焊剂与氧化层起化学作用，当助焊剂清除氧化层之后，干净的被焊物表面，才可与焊锡结合。 助焊剂与氧化物的化学反应有几种：1、相互化学作用形成第三种物质；2、氧化物直接被助焊剂剥离； 3、上述两种反应并存。 松香助焊剂去除氧化层，即是第一中反应，松香主要成份为松香酸（Abietic Acid）和异构双萜酸（Isomeric diterpene acids），当助焊剂加热后与氧化铜反应，形成铜松香（Copper abiet），是呈绿色透明状物质，易溶入未反应的松香内与松香一起被清除，即使有残留，也不会腐蚀金属表面。 氧化物曝露在氢气中的反应，即是典型的第二种反应，在高温下氢与氧发生反应成水，减少氧化物，这种方式长用在半导体零件的焊接上。 几乎所有的有机酸或无机酸都有能力去除氧化物，但大部分都不能用来焊锡，助焊剂被使用除了去除氧化物的功能外，还有其他功能，这些功能是焊锡作业时，必不可免考虑的。 2、热稳定性（Thermal Stability） 当助焊剂在去除氧化物反应的同时，必须还要形成一个保护膜，防止被焊物表面再度氧化，直到接触焊锡为止。所以助焊剂必须能承受高温，在焊锡作业的温度下不会分解或蒸发，如果分解则会形成溶剂不溶物，难以用溶剂清洗，W/W级的纯松香在280℃左右会分解，此应特别注意。 3、助焊剂在不同温度下的活性 好的助焊剂不只是要求热稳定性，在不同温度下的活性亦应考虑。 助焊剂的功能即是去除氧化物，通常在某一温度下效果较佳，例如RA的助焊剂，除非温度达到某一程度，氯离子不会解析出来清理氧化物，当然此温度必须在焊锡作业的温度范围内。另一个例子，如使用氢气做为助焊剂，若温度是一定的，反映时间则依氧化物的厚度而定。 当温度过高时，亦可能降低其活性，如松香在超过600℉（315℃）时，几乎无任何反应，如果无法避免高温时，可将预热时间延长，使其充分发挥活性后再进入锡炉。 也可以利用此一特性，将助焊剂活性纯化以防止腐蚀现象，但在应用上要特别注意受热时间与温度，以确保活性纯化。 4、润湿能力（Wetting Power） 为了能清理材表面的氧化层，助焊剂要能对基层金属有很好的润湿能力，同时亦应对焊锡有很好的润湿能力以取代空气，降低焊锡表面张力，增加其扩散性。 5、扩散率（Spreading Activity） 助焊剂在焊接过程中有帮助焊锡扩散的能力，扩散与润湿都是帮助焊点的角度改变，通常“扩散率”可用来作助焊剂强弱的指标。 本公司提供不同规格的锡线，可有各种不同合金成份，不同助焊剂类型以及线径选择。产品具有下列优点：可焊性好，润湿时间短； 钎焊时松香飞溅； 线内松香分布均匀，连续性好； 无恶臭味，烟雾少，不含毒害健康之挥发气体； 卷线整齐、美观，表面光亮。 无铅锡线： 配合无铅化电子组装需求，本公司的具有Sn-Cu，Su-Ag，Sn-Bi，Sn-Sb，Sn-Ag-Cu等合金成份的无铅锡
PCB电镀焊料(锡铅合金)工艺介绍
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
无铅焊料的新发展
无铅焊料的新发展 .、八、一 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183C,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。 ⑵熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183 C)接近，不应超过200 Co (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。 (5) 机械强度和耐热疲劳性要与锡铅体系焊料大体相同
[焊接材料的发展现状与发展趋势]行业发展现状
[焊接材料的发展现状与发展趋势]行业发展现 状 焊接材料的发展现状与发展趋势 陈昌旭 摘要：近年来，虽然在电子封装行业中仍然存在着不少的企业在继续采用有铅焊料，但是这并不妨碍“无铅化”成为电子材料、微电子制造、电子封装和SMT 等有关的国际研讨会和学术交流会的中心内容或者是主要议题，几种专业技术刊物几乎每一期都有无铅专题，在百度或Google 等著名名搜索引擎上，可找到的“无铅化”信息有成千上万条，而且还在不断增加中[1]。无论是环境的要求还是作为竞争的筹码，无铅焊料在表面组装领域中的应用已经是不可回避。然而无铅化仍然存在材料、工艺、设备、系统兼容等问题。在解决材料及电子产品可靠性的同时电子工业正在向无铅组装转变。这一努力是由环保方面的考虑，政府的立法以及无铅电子封装的市场利益所驱动的。在无铅组装的执行中虽然需要做出许多的决定，但不可否认的是，无铅焊料已经逐渐成为电子封装行业中的当前以及未来主要的焊接材料。 关键词：焊接材料，发展趋势，无铅 [2] The development of welding materials and
the development trend chen chang xu Abstract:In recent years, although the electronic packaging industry there are still many enterprises were to have lead solder, but this does not preclude the “lead-free” has bee electronic materials, microelectronics manufacturing, such as electronic packaging and SMT The international seminars and academic exchanges will be at the centre or the main topic, dozens of professional and technical publications have lead-free period of almost every topic, in Baidu or Google search engine and other well-known name, can find the “Lead “Thousands of information, but also continue to increase、 Whether environmental requirements or as a bargaining chip in petition, lead-free solder assembly on the surface in the field of application is already unavoidable、 But there are still lead-free materials, technology, equipment, systems patibility and other issues、 In resolv ing the reliability of materials and electronic products, while the electronics industry are changing to lead-free assembly、 This effort by environmental cons iderations, the Government”s
焊锡丝的选用
购买焊锡丝时如何挑选以及焊锡丝的分类 在电子焊接中，焊锡丝是必不可少的材料之一，因此在进行焊锡丝挑选时，要仔细认真，以便买到名副其实的好产品。首要，当咱们在挑选锡丝时，最佳直接去出产厂家进行采购。其次即是在挑选焊锡丝的时候要注意它的包装，尽管精巧的包装并不能说明什么问题，可是，但凡规范的厂家出产的焊锡丝都会在产品的包装上进行标识，而在采购后若是出现任何的质量问题还可以找到出产厂家进行替换。然后在采购时要根据自己的实际情况来进行合理的挑选，许多用户喜欢到电子城或者是五金工具店采购，缘由即是这些当地的产品对比廉价，但是一分钱一分货，在焊接的过程中，焊锡丝出现焊点发黑、不丰满、等表象都是由于焊锡丝的质量低下形成的。 焊锡丝主要是由锡合金以及助剂两个部分组成的，合金的成分分为锡铅和无铅助焊剂均匀的灌注到锡合金的中心部位。焊锡丝的品种不一样，所运用的助焊剂也就不一样，部分助剂是提高焊锡丝在焊接过程中的辅热传导，去掉氧化，降低被焊接原料外表的张力，去掉被焊接材质外表的油污，由此增大焊接的面积。焊锡丝的特质是具有一定的长度与直径的锡合金丝，在电子元器件的焊接中可与电烙铁进行配合运用。 焊锡丝主要有两种类型，一种是有铅焊锡丝，另一种是无铅焊锡丝。在这两大类型中又有许多的标准，标准不一样的焊锡丝在熔点方面各有不一样，若想焊锡丝可以有效的进行焊接作业，就必须知道焊锡丝的熔点，才可以确保良好的焊接效果。焊锡丝进行焊接的基本条件是要将焊锡丝进行熔化，将焊锡丝的固态转变为液态所需求温度即是焊锡丝的熔点。焊锡丝的熔点是一种物质的物理性质，焊锡丝的溶液也会跟着含锡量的改变而发生改变，焊锡丝的溶化所需求的温度达不到它的熔点时，焊锡丝在由固态转化为液态时，湿润性和可焊性就会失去作用，然后致使达不到焊接需求。 如何选择焊锡丝呢？ 一、看 目测检查，好的锡丝应光滑，有光泽，无氧化，发黑现象！（高品质的焊锡丝都有一层膜保护，以避免氧化） 焊锡丝的质量一般是颜色发亮的较好，暗的焊锡丝则含铅量较高，并且相对不太容易融化。 好的焊锡丝的颜色是闪亮色（有铅），或银白色（无铅）而不是白色。 二、摸 好的焊锡丝发白发亮，用手擦拭不容易涂到手上，而含铅量高的锡丝则发黑，用手擦拭容易黑手！ 锡的延展性很好，纯度越高的的锡线越不易折断。当然，含锡量高的锡丝本身很软，不属于硬金属品