焊锡合金的品质

焊锡合金的品质

By Robert Rowland

本文介绍，一个合金中的主要元素(即，锡与铅)无疑是所希望的，而任何其他元素明显地被看作是不纯净的。

焊锡合金的品质(纯度)对于成功的焊接是关键的。在一个合金中的过高不纯度将负面地影响焊接点的形成，最终影响焊接点的品质和可靠性。J-STD-006是三个有关焊接材料的文件之一，其余两个是J-STD-004《焊接助焊剂的要求》和J-STD-005《锡膏的要求》。

有关焊接合金的关键词汇与定义如下：

合金：由两种或以上的化学元素组成，其中至少一种是金属元素，具有金属特性的物质。

基底金属：将被焊锡湿润的金属表面。基底金属表面在焊接期间没有必要熔化。

共晶：从固态到液态变化不经过塑性阶段的一种合金。它也是对任何给定合金的最低熔化温度。例如，共晶锡铅焊锡合金具有单一的熔点温度

183°C(361°F)。

助焊剂：一种化学活性化合物，通过去掉氧化物和其他污染物来准备将要焊接的金属表面。它也防止金属表面再次氧化，直到焊接完成。

液相：焊锡合金从固态或膏状转变到液体形式的温度。

焊锡：低于500°C(932°F)熔化的金属合金。

固相：焊锡合金从液态或膏状转变到固态的温度。

湿润：一种相对均匀、平滑、无间断和粘附的焊锡薄膜在基底金属的表面形成。

J-STD-006覆盖了各种的焊锡形式，包括锡条、锡线、锡带、锡粉和特殊的焊锡(即电极、锡锭、端部带钩的锡条、小锡球、预成型等)。锡条和锡粉通常没有助焊剂，而锡线、锡带和特殊焊锡可能是没有助焊剂的、助焊剂夹心的、助焊剂覆盖的或者夹心与覆盖结合的。

合金的名字中含有主要的元素(即，锡、铅、银等)及其数量，百分比。例如，共晶锡/铅焊锡由Sn63/Pb37代表。这意味着该合金含有63%的锡和37%的铅。短的合金名称通常用于指定焊接合金。正如J-STD-006中所描述的，合金名称含有五个字符，由下列规则来定义：

∙代表合金中主要元素的两个字母的化学符号。J-STD-006第6.4节含有选择关键元素的专门规则。

∙两位数字规定合金中关键元素的百分比。

∙单个字母表示可允许合金纯度的变量。

例如，Sn63/Pb37的短名是Sn63。其他常见的例子包括Sn60/Pb40，短名

Sn60；Sn62/Pb36/Ag02，短名是Sn62。

一个合金中的主要元素(即锡和铅)无疑是所希望的，而任何其他元素显然认为是不纯净的。焊锡合金必须是主要元素的同质混合物，因此每个颗粒(即锡粉)都是相同的合金。通常，消除所有不纯物质在技术上和经济上是不可行的，但是不纯的数量必须维持在或者低于所规定的水平。在一个合金中每个元素的数量可以通过任何标准的分析方法来决定。不纯元素，在质量上，将不超过下列数值(对于后缀为A, B, C或E的合金):

∙Ag(银): 0.100

∙Al(铝): 0.005

∙As(砷): 0.030

∙Au(金): 0.050

∙Bi(铋): 0.100

∙Cd(镉): 0.002

∙Cu(铜): 0.080

∙Fe(铁): 0.020

∙In(铟): 0.100

∙Ni(镍): 0.010

∙Pb(铅): 0.200

∙Sn(锡): 0.250

∙Zn(锌): 0.003

∙Sb(锑)A合金: 0.500

∙Sb(锑)B合金: 0.200

∙Sb(锑)C合金: 0.050

由D后缀的合金是超纯合金，用于无障碍芯片安装的应用。在这些合金中，结合的不纯度数量，在质量上，将不超过0.05。对于具有E后缀的合金，在质量上，Pb的数量不超过0.10，Sb不超过0.20。再生材料可以并且应该使用；可是，它必须符合原材料使用的相同纯度标准。

曾经在Pb基的焊锡中加入少量(0.2-0.5%)的Sb，以防止锡瘟(tin pest)(超

纯的锡在很低的温度下从一种金属形式转变成一种白色粉末)。可是，这个要求已经被取消了，因为研究表明少量的几乎任何其他金属元素都产生同样的结果。

当要求低温焊接时，使用铋合金。不幸的是，铋合金通常展示较差的湿润特性，并有很高的绝缘特性。

当需要焊接镀金的表面时，铟合金提供一些优势。可是，120°C的低温焊接

不应该超过太长时间。当铟合金暴露到高温、高湿或盐分条件下时，应该考虑保形涂层或气密封接。

银合金通常与含有银电镀的元件(即电容)一起使用，以防止在回流焊接运作中银电镀层的析出。

在J-STD-006中有许多有用的表格，包括：

∙表二助焊剂类型与标定符号

∙表四标准焊锡粉末

∙表A-1焊锡合金的成分、短名和温度特性

∙表A-2合金名与固态和液态温度的对照表

∙表A-3合金短名与合金名称的对照表

在J-STD-006中解释了八项有关的试验：

∙焊锡粉末颗粒尺寸分布 - 类型1-4的筛选方法

∙焊锡粉末颗粒尺寸分布 - 测量显微镜法

∙焊锡粉末颗粒尺寸分布 - 光学图像分析法

∙最大焊锡粉末颗粒尺寸的决定

∙在助焊剂覆盖或助焊剂夹心焊锡上/中的助焊剂百分比

∙助焊剂残留的干燥度

∙助焊剂夹心锡线的喷溅

∙焊锡池的测试

Robert Rowland is an SMT editorial Advisory Board member,instructor and co-author of the book Applied Surface Mount Technology. He currently is the process engineering manager at RadiSys Corp. in Hillsboro, Ore., and technical conference director of SMTA International. He also is an active member of the SMTA and the Surface Mount Council, and a recipient of the SMTA Founders Award. Contact him at (503) 615-1354; E-mail:

rob.rowland@

(Aaron 11/05/2001)