[科普中国]-焊锡

焊锡是在焊接线路中连接电子元器件的重要工业原材料，是一种熔点较低的焊料，主要指用锡基合金做的焊料。焊锡的制作方法是先用熔融法制锭，然后压力加工成材。

焊锡广泛应用于电子工业、家电制造业、汽车制造业、维修业和日常生活中。

简介焊锡材料是电子行业的生产与维修工作中必不可少的，通常来说，常用焊锡材料有锡铅合金焊锡、加锑焊锡、加镉焊锡、加银焊锡、加铜焊锡。

标准焊接作业时使用的线状焊锡被称为松香芯焊锡线或焊锡丝。在焊锡中加入了助焊剂。这种助焊剂是由松香和少量的活性剂组成。

焊接作业时温度的设定非常重要。焊接作业最适合的温度是在使用的焊接的熔点+50度。烙铁头的设定温度，由于焊接部分的大小，电烙铁的功率和性能，焊锡的种类和线型的不同，在上述温度的基础上还要增加100度为宜。

焊锡主要的产品分为焊锡丝，焊锡条，焊锡膏三个大类。应用于各类电子焊接上，适用于手工焊接，波峰焊接，回流焊接等工艺上。1

分类有铅焊锡由锡（熔点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。

无铅焊锡为适应欧盟环保要求提出的ROHS标准。焊锡由锡铜合金做成。1

使用分类锡线标准焊接作业时使用的线状焊锡被称为松香芯焊锡线或焊锡丝。如图所示，在焊锡中加入了助焊剂。这种助焊剂是由松香和少量的活性剂组成。

锡条焊锡经过熔解-模具-成品；形成一公斤左右长方体形状。

锡膏锡膏（solderpaste）也称焊锡膏，是由超细（20~75μm）球形焊锡合金粉末、助焊剂及其它添加物混合形成的膏状体系。2

无铅焊锡膏的研究进展及应用现状锡（Sn）是一种常见的低熔点金属，无毒害，延展性好，常温下物理化学性质都相当稳定，能抗有机酸腐蚀，与诸多金属生成化合物。传统焊锡多以锡铅为主要成分，这种材料以其熔点低、焊接性能好、价格优惠而成为一种经典产品被使用至今。但铅的大量使用会给人类和环境带来极大的危害，日本、欧盟、美国、中国等国家和地区都积极立法限制铅的使用。

国内外对于焊锡粉的研究主要集中于颗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。对于助焊剂则主要集中于成分及其比例、扩展率、粘性、腐蚀性等方面。

1、高温无铅焊锡膏

1） Sn-Ag（-Cu）系

Sn-Ag系共晶成分为Sn3.5Ag，共晶点为221℃。此系列发展最成熟的是Sn-Ag-Cu （SAC）系，Sn3Ag0.5Cu（SAC305）是此系列的经典产品。这种合金具有优良的物理性能和高温稳定性，其焊接后的连接强度与传统锡铅共晶焊锡相同，甚至更高。在刚刚开始推行无铅化时，大多数厂商都会选择SAC305。由于Ag价格的不断攀升，各机构都在致力研究含Ag在1%以下的低银焊锡膏。

2004年，含Ag为0%~8%，Cu为0%~5%的SAC焊锡，此焊料可以满足回流温度但无法消除立碑效应。2006年，Ag为0.3% ~0.4%的Sn-Ag-Cu-P焊锡，其声明具有和SAC305相同的可焊性、导电性、力学性能、并且可减少Ag与酸碱反应带来的毒性问题。2010年，一种Sn-Ag基焊料，Ag含量为0.2%~1.0%，并添加微 量的Sb、Cu或Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo或P、Ga、Ge。添加这些元素可以提高其机械强度，但若添量过高则合金的液相温度也会随之升高。

Koki研制的低银焊锡膏组分为Sn0.1Ag0.7Cu0.03Co，熔点为217~227 ℃。银添加量的减少，使得产品市场波动性降低。钴可防止由热循环导致的组织变化，可保持组织致密，抑制时效性金属间化合物的偏析及凝聚，成本比SAC305减少10%~20%。Genma开发的低成本无银焊锡其组分为Sn0.7Cu0.03Ni0.01Co0.005Ge，熔化温度为226~228℃，添加镍和钴可以提高焊锡的强度和可靠性，其成本比SAC305减少54%。

2）Sn-Cu系

Sn-Cu的共晶成分为Sn0.7Cu，共晶温度高达227 ℃。由于Cu和Sn合金是以两种金属间化合物Cu6Sn5（η）和Cu3Sn（ε）的形态分散在Sn中。 Cu6Sn5为良性合金层，呈球状结晶，强度高，是焊点电接触性能和强度的根本保证；而Cu3Sn是劣性合金层，它位于铜层与Cu6Sn5之间，呈骨针状结晶，脆性，直接影响到焊点的电接触和强度性能，并会造成不润湿现象。

目前对此合金系的改性主要表现在添加微量的Ni、Ag、Bi等，用于增加焊料的流动性及其机械性能。此款焊料的优点是价格便宜，且可以抑制焊料工作时对PCB焊盘Cu层的浸析。

3）Sn-Sb系

Sn-Sb合金熔化区间较窄为240~250 ℃，比较主流的合金比例有：Sn5Sb、Sn10Sb。 Sn5Sb被认为可能替代Sn40Pb，其润湿角为35°~55°，比Sn40Pb的20°~35°范围要广，且在100℃时有着良好的剪切强度。常温下Sn5Sb的组织由体心四方结构的β-Sn和面心立方结构的β-Sn-Sb相组成。随着Sb含量的增加，Sn-Sb相颗粒在Sn基体中沉淀，其力学性能也随之提高。

2、中温无铅焊锡

1）Sn-Bi-Ag（Cu）系

Sn-Bi-Ag合金的共晶成分为Sn58Bi0.3Ag。Hiroshi Ohtani等研究发现：其熔点接近Sn-Bi合金，当Bi含量接近50%时，其固液相区温度间隔小于10 ℃；当Ag的含量大于2%时，生成金属间化合物Ag3Sn。 Sebo等对Sn100-x Bi10Agx （x=3%-10%）焊料进行了研究，发现Cu3Sn层仅存在于Cu基界面处，Cu6Sn5存在于基质界面及焊料内部，Ag仅仅存在于Ag3Sn中。 Ag含量的改变不会显著改变其接头的微观结构，但Ag3Sn的尺寸会随Ag的增加而长大；Cu3Sn层的厚度会随Ag的增加而减小。由于Ag为贵金属，会添加微量的Cu来代替Ag。

2）Sn-Zn系

Sn-Zn共晶（Sn9Zn）点199 ℃，比SAC的共晶温度（217℃）低20℃，比Sn-Pb的（183℃）高15℃，是熔点最接近Sn-Pb熔点的合金。通常情况下，焊接部分的凸点下金属（UBM）使用铜，而使用Sn-Zn合金就会生成锌和铜的金属化合物，这种金属化合物在高温高湿环境下会变柔软，连接强度会变弱，但只要在凸点下金属上使用镍电镀或金电镀就可以解决此类问题。另外，由于Zn活性高，极易氧化，工艺条件难控制等缺点，目前在国内的应用并不广泛，未来应用前景非常广阔。

3、低温无铅焊锡

Sn-Bi系

Sn-Bi合金共晶（Sn58Bi）点为139 ℃，采用这种焊料的实装温度可降到200℃以下。Sn-Bi系无铅焊料具有熔点低、润湿性良好的优点，Sn58Bi共晶合金应用于主板封装已经超过20年。但由于其易偏析，焊接接头容易剥落等缺陷限制其应用范围。

4、助焊剂

助焊剂主要由活性剂（松香、有机卤化物等）、表面活性剂（以烷烃类或氟碳类等高效表面活性剂为主）和溶剂组成。除以上组分外，助焊剂往往根据具体的要求而添加不同的添加剂，如成膜剂、抗氧化剂、缓蚀剂、消光剂、阻燃剂、触变剂等。

目前SMT软钎焊工艺生产中使用的助焊剂，根据其后继清洗工艺分为溶剂清洗型、水清洗型和免清洗型3种。32

有铅焊锡用途

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本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学