錫膏的知識和選擇：
一、焊料
一、焊料
焊料，隨著焊接方法 不同，其材料是多種多樣的。這里所指的材料是軟釬焊及其材料。
在電子組裝中，軟釬焊的焊料主要是指鉛（pb）錫（sn）合金。隨著其用途不同，其含鉛量在5％～95％的范圍內變化。此外還有含銻（sb）和銀（ag）的焊料，并有由含鉍（bi）、鎘（cd）及鋅（zn）組成的低溫焊料和無鉛焊料，這些焊料的熔點變化及其金屬成份如下圖所示：
1.1 鉛錫合金
軟釬焊是利用熱使焊料熔化，使兩種或多種不熔化的母材實現(xiàn)機械和電器聯(lián)接的方法，它是一種*古老的焊接方法，遠在鐵器時代，人類就已經采用這種釬焊方法了。
1.1.1 錫
錫是一種延展性很好的銀白色金屬，在常溫下的物理化學性質都相當穩(wěn)定。
（1）物理性質
錫乃軟質低熔點金屬，有兩種晶格結構，即a錫和b錫，a錫稱為灰錫，b錫又稱為白色錫，其變相溫度為13.2℃，在13.2℃以上乃b錫，當溫度低于－50℃時，金屬錫便變?yōu)榉勰畹幕义a。在俄國的沙皇時代，其軍大衣的鈕扣曾用錫鑄造，可是，在一個嚴寒的冬天，發(fā)現(xiàn)這些鈕扣不翼而飛，在相應的地方只留下一灘灘灰色的粉末。其實就是這種變化所造成的。此外，純錫還會生長出一種錫須的須狀物，若發(fā)生在電子組裝板上，就可能導至電子電路的短路，因此，純錫不能用于電子組裝。
錫合金之各種組成solder alloy composltions
（2）化學性質
錫的化學性質如下：
a)在大氣中耐腐蝕性能好，不受水、氧氣、二氧化碳的作用，不失去金屬光澤。
b)能抗有機酸的腐蝕，對中性物質來說，有較高的抗腐蝕性。
c)錫是一種兩性金屬，能與強酸和強堿起化學反應。
1.1.2 鉛
鉛也屬于一種易加工的軟質金屬，是一種灰白色金屬，大量地攝入對人體有害。
（1）物理性質
a)比重大，密度大
b)膨脹系數(shù)大
c)導電率低
d)熔點低327℃ 4℃
e)有潤滑性
純金屬鉛也不宜用于電子裝聯(lián)
（2）化學性質
a)化學性質穩(wěn)定：不與空氣、氧、海水、含有氯成份的水，苯酚、碳酸鈉、食鹽、丙酮、氫氟酸等起反應。
b)基本不被乙炔、無水醋酸、硫酸與硝酸的混合物腐蝕。
c)稍受醋酸、檸檬酸、鹽酸腐蝕
d)受硝酸、氧化鎂嚴重腐蝕
1.1.3 鉛－錫合金
前面已經談到，不論是純錫或是純鉛都不宜用于電子裝聯(lián)，而只是采用它們的合金，在實際應用中，sn63pb37的熔點*低，在電子裝聯(lián)中用量*大。
在論及鉛－錫合金時，必定要從金相學的角度而討論其相圖，從相圖上可以讀出，不論是純錫或是純鉛它們的熔點都比較高，鉛的熔點是327.4℃，而錫的熔點是238.9℃，將它們熔化在一起形成鉛－錫合金后，在相圖中的e點（sn62.7，pb37.3）這個組成部分的合金的熔點*低，只有183℃，并且由固態(tài)直接變?yōu)橐后w，而冷卻的時后又是直接由液體變?yōu)楣虘B(tài)。而另何其他成份的金屬都會要經過一個固－液共存的膏狀態(tài)。而且熔點也普遍升高。
1.2.4 焊料中鉛的作用
在焊接過程中，從冶金學的角度來看，金屬錫會與母材表層形成合金。而鉛在任何情況下，幾乎不起反應。那么，為什么還要把鉛作為焊料的一種成分呢？下面，就闡述鉛的作用。
在錫中加入鉛后，可獲得錫和鉛都不具備的優(yōu)良特性，其內容如下。
（1）降低熔點，便于焊接
232℃以下，錫是不會熔化的。不達到327℃鉛也不會熔化。兩者比焊料的熔化溫度183℃高。如將錫鉛兩種金屬混合，就可獲得比兩種金屬熔點都低的焊料。因其熔點低，所以操作時比較方便。
（2）改善機械特性
錫的抗拉強度約為1.5kg/mm2，鉛約為1.4kg/mm2。如果將兩者混合起來組成焊料時，抗拉強度可達4～5kg/mm2左右。剪切強度也如此，錫約為2kg/mm2，鉛約為1.4kg/mm2，二者組成焊料后，約為3～3.5
kg/mm2。焊接后，這個值會變得更大。這樣一來，機械特性就得到很大的改善。
（3）降低界面張力
焊料的擴散性，即潤濕性，會因表面張力及粘度的下降得到改善，從而增大了流動性（見表2.3及圖2.3）
（4）抗氧化，鉛是穩(wěn)定的金屬，不易氧化，使焊點抗氧化性能增加。
（5）錫中加入鉛可以免灰錫的影響。
（6）避免產生晶須；隨著金屬鉛的加入，含錫量70％以下的各種鉛－錫焊料，都可以避免錫須的產生。
1.1.4 焊料中的雜質及其影響
焊料中有微量其它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，也會對焊接作和焊接點的性能造成各種**影響。
另外，根據(jù)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”。
（1）主要雜質的性質
焊料的主要成分是錫和鉛，除此之外，含有的微量金屬即為雜質。雜質對焊料的性能會產生很大的影響，由于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。
a)鋅（zn）：如含量達0.001%左右，其影響就會表現(xiàn)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**影響。它是焊接工作中*忌諱的金屬之一。
b)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(fā)生氧化和腐蝕。含量達0.001%時，其影響就會表現(xiàn)出來。
c)鎘（cd）：它具有降低熔點的作用，并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。
d)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(xiàn)**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，含銻的焊料不適于含鋅的母材。
e)鉍（bi）：鉍可使得焊料熔點下降，并變脆。
f)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。
g)鐵（fc）：熔點增高，不易操作，還會使焊料帶上磁性。
h)銅（cu）：熔點增高，增大結合強度。如含量在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），并可用于焊接細線。
i)磷（p）：量小時會增加焊料流動性，量大時則會蝕電烙鐵頭。
表2.9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。
表2.9 焊料的雜質和各種特性
雜質機械特性焊接性能熔化溫度變化其 它
銻
鉍
鋅
鐵
鋁
砷
磷
鎘
銅
鎳
銀
金拉抗 強度增大，變脆
變脆
結合力減弱
脆而硬
變脆
脆而硬
變脆
超過5％容易產生氣體
變脆潤濕性流動性降低
流動潤濕性降低
不易操作
流動性降低
流動性提高一些
少量會增加流動性影響光澤，流動性降低
焊接性能降低
需活性焊劑
適用于陶瓷
失去光澤熔化區(qū)變窄
熔點降低
熔點提高
熔化區(qū)變寬
熔點提高
熔點提高
熔點提高電阻增大
冷卻時產生裂紋
多孔表面晶粒粗大
帶磁容易附在鐵上
容易氧化、腐蝕
形成水泡狀、針狀結晶
熔蝕銅
多孔、白色
粒狀不易溶化合物
形成水泡狀結晶
耐熱性增加
呈白色
表2.10 焊料雜質的標準值
雜質jis－z－3282－1972mil
qq－s－571d
b級a級s級
銻
銅
鉍
鐵
鋁
砷1.0以下
0.08以下
其它0.350.30以下
0.05以下
0.05以下
0.005 以下
0.03 以下
0.005 以下
0.03 以下0.10 以下
0.03 以下
0.03 以下
0.005 以下
0.02 以下
0.005 以下
0.03 以下0.2~0.5*
0.08 以下
0.25 以下
0.005 以下
0.02 以下
0.005 以下
0.03 以下
* mil標準中的雜質容許植，因含錫百分比略有不同。
*近，隨著電子設備、零部件和元器件向小型化發(fā)展，對焊接的要求更嚴格了。以前，聯(lián)邦標準qq－s－571是保證焊接達到合乎要求的某一*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(guī)定的雜質容許值偏高。
1.1.5 鉛－錫合金產品
對于鉛－錫合金除了按其百分比構成不同而派生出很多種合金外。成份為sn63pb37的焊料，從形狀和用途上又分為
1、錫條
錫條，就形態(tài)上又分為兩類
a.鉛－錫合金電鍍陽極棒－－用于電鍍
b.普通焊錫條－－用于各種焊接
按制造工藝分類
a.鑄造成型－－結構疏松、夾渣較多、表面粗糙
b.鍛壓成型－－結構緊密，表面光潔
c.真空鑄造成型－－結構緊密，表面光潔
錫條通常用于波峰焊，浸焊等需要大量使用焊錫的工序，前面已經討論過雜質對焊點可能造成的危害，因此，必須將有害雜質量的量控制在一定的范圍內，按j－std－006的規(guī)定：焊錫中有害雜質的允許含量
鉛－錫焊料中有害雜質含量一覽表
雜質金屬允許含量雜質金屬允許含量
銀（ag）<0.05鋁（al）<0.005
砷（as）<0.03金（au）<0.05
鉍（bi）<0.10鎘（cd）<0.002
銅（cu）<0.08鐵（fe）<0.02
銦（in）<0.10鎳（ni）<0.01
銻（sb）<0.50鋅（zn）<0.003
1.2 對于錫膏的介紹
對于錫膏的要**：
1. 極好的滾動特性。
2. 在印刷過程中具備低的黏度，印刷完成后有高的黏度。
3. 與鋼網和刮刀有很好的脫離效果。
4. 在室內溫度下不宜變干，而在預熱溫度下容易變干的特性。
5. 高的金屬含量，低的化學成分。
6. 低的氧化性。
7. 化學成分和金屬成分沒有分離性。
1.2.1 有關錫膏粉末
1. 焊料粉末的制造
焊料粉末通常是采用高壓惰性氣體對熔融的焊料噴霧制成，然后根據(jù)尺寸分級，這種方法稱為“液體金屬霧化法”（atomization
of liquid
metals）。合金粉末的收益率，形狀，粒度，氧含量取決于：合金的融化溫度，氮氣噴霧的壓力，噴嘴的結構尺寸及除氧防護等因素。
2. solder powder 錫膏粉末的特性
3. 錫膏顆粒的形狀
下圖是焊料粉末放大后的形狀，它可以分為有規(guī)則和無規(guī)則兩種形態(tài)，對錫膏的使用工藝性有一定的影響。粉末的形狀以球狀*佳。它具有良好的印刷性能而不會出現(xiàn)堵塞孔眼的現(xiàn)象。此外，從幾何學角度來看，球形粉末具有*小的表面積，相對而言，合金粉末有
較低的含氧量，這對于提高焊接質量是有利的。然而，國外也有采用在球形粉末中加入一定量的非球形粉末，可以有效的阻止焊膏在融化時出現(xiàn)的流動。
4. 焊球的尺寸
焊料粉末的尺寸一般控制在30~50個紐，過粗的粉末會導致焊膏的黏結性能變差，細粒度的顆粒印刷性能好，但是價格比較貴。特別是粒度越細含氧量越大，帶來焊接缺陷的幾率也增大，對于錫膏的含氧量一般不超過50ppm，否則會引起焊接過程中的“錫珠”現(xiàn)象。
1.2.2 焊劑
用于制造焊錫膏的焊劑，其焊接功能與液態(tài)焊劑相同，但它又必須具備其他的條件。這種焊劑是合金粉末的載體，它與合金粉末的相對比重為1：7.3，相差極大，為了保證良好地混合在一起，本身應具備高黏度，因它具有一定的黏度又稱為“糊狀焊劑”。
優(yōu)良的焊劑應具備下列條件：
1，焊劑應有高的拂點，以防止焊膏在再流焊的過程中出現(xiàn)噴射；
2，高的粘稠性，以防止焊膏在存放過程中出現(xiàn)沉淀；
3，???鹵素含量，以防止再流焊后腐蝕元件；
4，低的吸潮性，以防止焊膏在使用過程中吸收空氣中的水蒸氣。
1.2.2.1 焊劑的組成
固體含量為50%---70%（w）；
樹脂；
活化劑如乳酸，甲酸，有機氫化鹽酸鹽；
觸變劑如氫化麻油；
助印劑如十三醇；
溶劑含量為30---50%（w）如高拂點溶劑乙二醇二丁醚等。
1.2.2.1.1 觸變劑
有觸變劑的焊膏，在外力如刮刀給予的剪切力的作用下，錫膏的黏性會下降，此時錫膏有良好的滾動性和流動性填充性，有利于錫膏的印刷。
1.2.2.1.2 助印劑
這是錫膏中特有的助劑，他可以幫助焊膏在印刷時順利通過模板窗口，避免出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，常用十三醇。
1.2.2.1.3 溶劑
焊膏中溶劑一般是多組分組成，有不同拂點，極性和 非極性溶劑混合組成，既能使各種助劑溶解，又能使焊膏有較好的儲存壽命。
1.2.2.2 焊劑的活性
焊劑中通常含有鹵素或有機酸成分，它能迅速消除被焊金屬表面的氧化膜，降低焊料的表面張力，使焊料迅速鋪展在被焊金屬表面。但焊劑的活性太高也會引起腐蝕等問題。這要根據(jù)產品的要求進行選擇。
按焊劑的活性，可分為：活性，中等活性，水洗，免清洗。見下表。
類型性能用途
ra活性，松香型消費類電子
rma中等活性一般smt
oa水清洗強活性，焊后需要水清洗
nc免清洗要求較高的smt 產品
公安機關備案號：
