SMT焊膏

第四章焊膏与焊膏印刷技术

第四章焊膏与焊膏印刷技术

第一节锡铅焊料合金

焊料是易熔金属，它在母材表面能形成合金，并与母材连为一体，不仅实现机械连，同时也用于电气连接。焊接学中，习惯上将焊接温度低于450 ℃的焊接称为软钎焊，用的焊料又称为软焊料。电子线路的焊接温度通常在 180 ℃～300 ℃之间，所用焊料的要成分是锡和铅，故又称为锡铅焊料。

一．电子产品焊接对焊料的要求

电子产品的焊接中，通常要求焊料合金必须满足下列要求：(1)焊接温度要求在相对较低的温度下进行，以保证元件不受热冲击而损坏。

(2)熔融焊料必须在被焊金属表面有良好的流动性，有利于焊料均匀分布，并为润湿奠定基础。

(3)凝固时间要短，有利于焊点成型，便于操作。

(4)焊接后，焊点外观要好，便于检查。

(5)导电性好，并有足够的机械强度。

(6)抗蚀性好，电子产品应能在一定的高温或低温、盐雾等恶劣环境下进行工作，特别是军事、航天、通信以及大型计算机等。为此焊料必须有很好的抗蚀性。

(7)焊料原料的来源应该广泛，即组成焊料的金属矿产应丰富，价格应低廉，才能保证稳定供货。

二．锡铅合金焊料

1．锡的特性

锡是延展性很好的银白色金属，质地软，熔点是 231.9 ℃，密度为 7.28g/cm3 耐，常温下易氧化，性能稳定。

2．铅的特性

铅也是质地柔软并呈灰色的金属，熔点327.4℃，密度为11.34g/cm3。铅的导电、导热性能差，铅与锡有良好的互溶性，塑性优异、铸造性好，并具有润滑性。纯铅耐腐蚀性极强，化学性能稳定，但有机酸和强酸对它有强腐蚀作用；铅对人体有害，以离子铅的形式进入人体，其毒性很大，尤其对婴幼儿。

3．锡铅合金的特性

4．铅在焊料中的作用

5．液态锡铅焊料的易氧化性

6．锡铅焊料中的杂质

三．锡铅合金相图与焊料特性

1．铅锡合金状态图

铅锡合金状态图表示了不同比例的铅、锡的合金状态随温度变化的曲线。

2. 共晶焊料

当Sn/Pb合金以 63 / 37 比例互熔时，升温至 183 ℃，将出现固态与液态的交汇点，即图中的T点，这一点称为共晶点，该点的温度称之为共晶温度，为183℃，是不同Sn/Pb配比焊料熔点中温度

最低的。对应的合金成分为Sn-62.7％、Pb-37.3％（实际生产中的配比是63：37)的铅锡合金称为共晶焊锡，是铅锡焊料中性能最好的一种。

四．锡铅合金产品

对于铅－锡合金除了按其百分比构成不同而派生出很多种合金外。成份为Sn63Pb37的焊料，从形状和用途上又分为：锡膏、锡条、锡丝、锡箔。

第二节无铅焊料合金

一. 废弃电子产品的危害性及铅的毒害性

Sn-Pb 合金（特别是Sn-37Pb），因其成本低廉，良好的导电性和优良的力学和钎焊性能，一直以来广泛的用于电子整机装联、微电子元器件的封装和印刷电路板级组装。但是，Pb 及含Pb 物是危害人类健康和污染环境的有毒有害物质。Sn-Pb 钎料在生产及使用过程中会直接危害人体，它与人体蛋白质强烈结合而抑制人体正常的生理功能，造成神经系统和代谢紊乱，使神经系统和生理反应迟钝，减少血色素而造成贫血及高血压。此外电子元器件废弃物中含Pb 的钎料会被氧化成氧化铅，氧化铅和盐酸及酸雨中的酸反应形成铅的化合物，污染环境，最终危害人类的健康。

目前，欧盟已通过立法明确在2008 年停止使用含铅钎料，全世界电子工业中禁止使用含铅钎料已是大势所趋。《报废电子电气设备指令》(WEEE)和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》（RoHS）已经正式实施。

二．无铅焊料的定义

无铅焊料的标准，目前世界上尚无统一的标准。欧盟 EUELVD 协会的标准是： Pb 质量含量 < 0 . 1 % ；美国 JEDEC 协会的标准是： Pb 质量含量＜ 0 . 2 % ；国际标准组织(ISO)提案，电子装联用焊料合金中铅质量含量应低于0.1%。

无论是 0 . 1 ％还是 0 . 2 ％均是很低的数值。所以目前国际公认的无铅焊料的定义为：以Sn为基体，添加了其它金属元素，而Pb的含量在0.1～0.2wt%（wt%重量百分比）以下的主要用于电子组装的软钎料合金。

三．无铅焊料应具备的条件

无铅焊料也应该具备与Sn-Pb合金大体相同的特征，具体目标如下：

1) 替代合金应是无毒性的。

(2) 熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183℃) 接近, 要能在现有的加工设备上和现有的工艺条件下操作。

(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。某些金属如铟和铋数量比较稀少, 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。

(5) 机械强度和耐热疲劳性要与锡铅合金大体相同。

(6) 焊料的保存稳定性要好。

(7) 替代合金必须能够具有电子工业使用的所有形式, 包括返工与

修理用的锡线、锡膏用的粉末、波峰焊用的锡条、以及预成型。不是所有建议的合金都可制成所有的形式, 例如铋含量高将使合金太脆而不能拉成锡线。

(8) 合金相图应具有较窄的固液两相区。能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性。

(9) 焊接后对各种焊接点检修容易。(10) 导电性好, 导热性好。四．无铅焊料的发展状况

通过长时间的研究, 锡被认定为是最好的基础金属, 因为锡的货源储备充足, 无毒害, 检修容易, 有良好的物理特性, 熔点是232℃, 与其他金属进行合金化后熔点不会很高。所以目前广泛采用的替代Sn/Pb焊料的元毒合金，是Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等金属元素，组成三元合金和多元合金。

经过大量的比较后筛选出几种好的锡合金, 它们为铜(Cu)、银(A g)、铟( In)、锌(Zn)、铋(Bi)、锑(Sb)。选择这些金属材料可在和锡组成合金时降低焊料的熔点, 使其得到理想的物理特性

①锡锌系(Sn-Zn)

②锡铜系(Sn99. 3- Cu0. 7)

③锡银系(Sn-Ag)

④锡锑系(Sn- Sb)

⑤锡铋系(Sn – Bi)