焊料成分、性能分析

铅含量低，适宜于钎焊食品器皿及医疗器材等
高温强度较高，用于铜及铜合金和钢的烙铁钎 焊及火焰钎焊
型号
化学成份
密度
Wt％
/ g/cm3
Pb
其它 Sn
熔点 /℃
抗拉 强度 /MPa
延伸率 （％）
电阻率/ μΩ.m
特点及应用
续表 4.7-3
S-Sn60Pb39.2
39.2 Sb：0.8 60
-
S-Sn50Pb49.2Sb0.8 余量 Sb：0.8 50
（3） 牌号的第 2、3 位数字表示同一类焊料的不同牌号。
牌号表示方法示例如下：
表 4.7-1 焊料牌号中第 1 位数字的含义
牌号
化学组成类型
牌号
化学组成类型
HL1××
铜锌合金
HL5××
锌合金
HL2××
铜磷合金
HL6××
锡铅合金
HL3××
银合金
HL7××
镍基合金
HL4××
铝合金
1.2 焊料的选用原则
纯铜
84
37
黄铜
92
37
低碳钢
102.8
49.9
27
镀锌铁皮
－
42.1
镀锡铁皮
－
46.0
1Cr18Ni9Ti
－
21.5
纯铜
76
36
黄铜
86
37
低碳钢
112
49.0
32
镀锌铁皮
－
41.1
镀锡铁皮
－
35.2
1Cr18Ni9Ti
－
32.3
纯铜
76
36
黄铜
78
45
低碳钢
112
59
37
镀锌铁皮
－
55
镀锡铁皮
－
-
S-Pb94Sn1.5Ag5.5 余量 Ag：5.5 1.5
-
S-Pb97.5SnAg1.5
余量 Ag：1.5 1
-
S-Pb90Sn8Ag2
余量 Ag：2 8
-
18346
185
18337
210
302-
304
309
-
28534
295
-
-
力学性能和熔化温度与 S-Sn60Pb39Sb1 相近
常用于钎焊铜、黄铜、镀锌或镀锌锡铁皮等，
20
延伸率
10 10
0
20
40
60
80
100
w(Pb)/%
(c)力学性能 图 4.7-2 Sn－Pb 焊料的物理、力学性能
型号 S-Sn60Pb39Sb1 S-Pb80Sn18Sb2 S-Pb68Sn30Sb2 S-Pb58Sn40Sb2 S-Sn89.9Pb10Sb0.1 S-Pb92Sn5.5Ag2.5
锡铅合金共晶成分中铅的质量份数为 38.1%，共晶温度为 183℃，图 4.7-1 为 Sn－Pb 二元合金相图。表 4.7-2 列出了常用锡铅焊料的化学成份和部分物理、力学性能。根据接 头或焊点的电气性能、力学性能要求，工作温度在 150℃以下的选用高锡的锡铅焊料，工 作温度在 200℃以上的选用高铅焊料。钎焊通信电缆用铅被覆护套时，为使作业时间充裕， 应使用 35％-40%Sn 的锡铅焊料；电器接线用的软焊料，要求焊点隆起，应选用 50%Sn 左 右的焊料。
焊料的种类较多，根据熔点可分为软焊料和硬焊料两大类。通常将熔点低 于 450℃的焊料称为软焊料，而熔点高于 450℃的焊料称为硬焊料。电气工程用 软焊料包括锡铅、锡基无铅、金基、铟基、铋基和锌基焊料等；所用硬焊料包 括银基和铜基焊料等。
1.1 焊料型号和牌号的表示方法
1.1.1 焊料的型号
GB/T6208-1995《焊料型号表示方法》规定，焊料的型号由两部分构成：第
80
余量
82
余量
85
余量
90
余量
95
余量
100
0
密度/ g/cm3
7.31 7.57 7.87 8.02 8.35 8.87 9.31 9.61 9.69 9.94 10.2 10.2 10.3 10.8 11.0 11.4
表 4.7-2 Sn－Pb 焊料的化学成份及性能
熔化温度/℃
固相线 232 183 183 183 183 183 183 183 183 183 183 183 225 265 300 327
焊料的种类较多，其选用主要遵循以下原则： （1） 主成分尽量与母材主成分相同，焊料的成分与母材相同，钎焊时具有良
好的润湿性。 （2） 熔点合适，即焊料的液相线温度要低于母材固相线温度至少 40-50℃ （3） 焊料中的某一重要组元应能与母材产生液态互溶，从而能形成牢固的结
合。但焊料与母材间的相互作用应尽可能避免形成脆性金属间化合物， 避免因母材的过分溶解而导致溶蚀。 （4） 焊料与母材的主成分在元素周期表中的位置应尽量靠近，这样的焊料引 起的电化学腐蚀较小，即接头的抗腐蚀性好。 （5） 焊料与母材间的热膨胀系数要匹配，如果二者热膨胀系数相差较大，则 焊料/母材的界面处易形成残余应力集中，将严重弱化焊点的热疲劳性 能。 （6） 焊料与钎焊方法相匹配。不同的钎焊方法对焊料的要求不同，如真空钎 焊时，焊料中应不含有蒸汽压高的合金元素，以避免污染真空系统。 （7） 在钎焊温度下，焊料的主要成分应具有较高的化学稳定性，即具有较低 的蒸汽压和低的氧化性，以免钎焊过程中焊料成分发生改变。 （8） 满足使用要求，即获得的钎焊接头的力学性能（强度、塑性等）和物理 化学性能（导电、导热、抗氧化和耐腐蚀等）能满足被焊件的工作状态 要求。 （9） 生产成本低。
1.3 电气工程常用焊料 1.3.1 锡铅焊料
锡铅焊料熔点低、耐腐蚀性好，对铜、铜合金和钢润湿性好，广泛应用于电气零部件、 元件及引线连接以及普通端子和印刷电路板的连接等方面。虽然无铅封装和组装已经是大 势所趋，但在一些特定领域尚没有开发出合适的无铅焊料，如服务器、存储器、微处理器 以及针型压接连接器等方面使用的高熔点、高铅含量的锡铅焊料无法用无铅焊料进行替代， 仍然在欧盟指令和我国指令的豁免条款之内。因而，锡铅焊料的使用量虽然在逐年递减， 但目前仍有较大的应用价值和使用范围，本文仍然对其进行了详述介绍。
70
20
13
120
30
13
140
40
13
140
50
13
145
60
12
150
锡含量 /wt％
10 20 40 60 10 20 40 60
表 4.7-6 锡铅焊料的低温性能
试验温度
抗拉强度
/℃
/MPa
-73
41
-73
48
-73
48
-73
59
-196
59
-196
85
-196
87
-196
130
抗剪强度 /MPa 31 37 40 54 43 58 77 110
－
28
52.1
－
28
67
20.5
28
67
－
24
41
－
22
32
－
－
21
－
11
45
20
线膨胀系数/×10-6/℃
22.4 26 － － 24.7 － 25.0 － － － 26.5 26.0 － 24.6 － 29.5
密度/(g/cm3)
12
11
10
9
8
7
0
20
40
60
80
100
w(Pb)/%
(a)密度
48
1Cr18Ni9Ti
－
31
纯铜
88
45
42
黄铜
89
44
1Cr18Ni9Ti
－
32.3
纯铜
93
34
46
黄铜
78
34
钢
96
35
纯铜
54
36
34
黄铜
87
39
37
－
－
－
Sn 含量/wt％
表 4.7-5 锡铅焊料在 150℃时的性能 抗拉强度/MPa
延伸率/％
8
杭州辛达狼焊接科技有限公司
5
10
35
10
13
32
ห้องสมุดไป่ตู้
0.156 可钎焊散热器、计算机零件和发动机过滤器
等
熔点高，凝固区间小。用于钎焊板金件和热
-
-
交换器等高温工作的产品
共晶型焊料，熔点高。用于钎焊板金件和热
-
-
交换器等高温工作的产品
熔点高，凝固区间小。用于钎焊板金件和热
67
0.216
交换器等高温工作的产品
型号 S-Sn60Pb39Sb1 S-Pb80Sn18Sb2
采用 Sn－Pb 焊料钎焊不同母材时的接头强度见表 4.7-4。表 4.7-5~表 4.7-7 分别列出了 Sn－Pb 焊料在不同工作温度下的力学性能。
图 4.7-1 锡铅二元合金相图
化学成份
/（质量分数，％）
Pb
Sn
0
100
10
余量
20
余量
25
余量
38
余量
50
余量
60
余量
67
余量
70
余量
75
余量
图 4.7-2 给出了锡铅焊料密度、电导率、热导率、抗拉强度、抗剪强度和延伸率等性
能随铅含量的变化。由图可见，铅含量增加，锡铅焊料的密度增大，而热导率和电导率却 迅速降低。强度和延伸率均出现峰值，强度的峰值出现在铅含量为 20％左右时，延伸率峰 值出现在铅含量为 67％和 80％左右。
锡铅焊料中加入锑，可提高焊料的抗氧化性，并提高接头热稳定性能；加入银可细化 晶粒并提高耐蚀性。表 4.7-3 为添加微量合金元素的锡铅焊料的化学成份、性能和应用领 域。
9
杭州辛达狼焊接科技有限公司
染控制管理办法》，规定 2007 年 3 月 1 日起开始实施。欧盟和我国的指令都明确规定 在指定日期前停止在监管电子产品中使用含铅材料。在无铅绿色制造这一大趋势下， 许多国家的科研机构和企业已开始加大投入来研发无铅焊料，并积极推广其应用。
液相线 232 220 208 196 183 209 235 250 256 265 277 277 287 302 314 327
抗拉强度/MPa 延伸率/% 电阻率/μΩ·m
19
43
12.85
43
25
－
45
22
－
44
22
－
41
34
14.13
36
32
15.82
32
63
17.07
32
66
－
33
58
S-Pb68Sn30Sb2
S-Pb58Sn40Sb2 S-Sn90Pb10 S-Sn60Pb40
S-Pb93Sn5Ag2 S-Sn50Pb50
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表 4.7-4 锡铅焊料钎焊接头的力学性能
焊料强度 /MPa
母材
接头强度/MPa
抗拉强度
剪切强度
纯铜
93
34
46
黄铜
78
34
钢
96
35
焊料成分、性能分析（1）
杭州辛达狼焊接科技有限公司 王大勇 1. 焊料
焊料是钎焊用材料，已有 4000 余年的使用历史，其熔点比被焊母材低。钎 焊过程中将焊料加热到高于焊料熔点，而低于母材熔点的温度，焊料熔化后填 充接头间隙并与母材发生冶金作用，从而实现材料的连接。用焊料焊接材料具 有灵活、简单、不需大的设备投资等优点，在电气工程材料领域占据极为重要 的地位。
化学成份
/wt％
Pb
其它 Sn
余 39 Sb：1
量
余量 Sb：2 18
余量 Sb：2 30
余量 Sb：2 40
余 10 Sb：0.1
量 余量 Ag：2.5 5.5
表 4.7-3 Sn－Pb 焊料添加微量合金元素后的性能
密度 / g/cm3
熔点 /℃
抗拉 强度 /MPa
延伸率 /％
电阻率 /μΩ.m
183-
延伸率 /％ 34 32 43 48 27 30 30 10
表 4.7-7 锡铅焊料的蠕变应力-寿命
成分/wt％
寿命为 1000h 时的起始蠕变应力/MPa
Sn
Pb
其它
20℃
100℃
10
90
-
35
1.1
40
60
-
21
4.2
60
40
-
29
4.5
62
36
Ag：2
-
27.0
40
58
Sb：2
49
5.9
5
93.5
一部分用大写字母来表示焊料的类型，“S”表示软焊料，“B”表示硬焊料；
第二部分合金主元素符号构成，且每个型号最多只能标出六个元素符号。
型号表示方法及示例如下：
1.1.2 焊料的牌号
原机械工业部编写的《焊接材料产品样本》规定，焊料牌号由三部分构成：
（1） 字母“HL”表示焊料；
（2） 牌号的第 1 位数字表示焊料的化学组成类型，见表 4.7-1；
Ag：1.5
16
-
1
97.5
Ag：1.5
19.5
-
1.3.2 锡基无铅软焊料 铅及其化合物是有毒物质，损害人类健康，污染环境。随着人类环保意识的增强，
世界各国已相继出台一系列法令和法规来防治电子产品所带来的生态问题，限制铅在 电子产品中的使用，最有影响力的是欧盟于 2003 年颁布的 WEEE 指令（《报废电子 电器设备指令》）和 ROHS 指令（《电器和电子设备中限制使用某些有害物质指令》）， 执行日期是 2006 年 7 月 1 日。我国于 2006 年 2 月也颁布了相应的《电子信息产品污
热导率/(W/m.k)
电导率/(s/m)
0.70 14
电导率 0.65
13
热导率 0.60
12 0.55
11
0.50
10
0.45
9
0.40
8
0.35
7
0.30
0
20
40
60
80
100
w(Pb)/%
(b)电导率
延伸率/%
强度/MPa
55
70
50 60
45
40
50
35
30
40
25
30
20
抗拉强度
15
抗剪强度
8.5
46
185
34
0.145
183-
10.23
27
277
67
0.220
183-
9.69
32
256
-
0.182
183-
9.31
37
235
183-
-
42
222
295-
-
34
305
63
0.170
25
0.12
-
-
特点及应用
熔点低，流动性好。用于钎焊工作温度较低及 要求钎缝光洁的零件，如无线电零件、电气开 关、计算机零件、易熔金属制品及热处理件等 熔点高，凝固区间大。用烙铁进行钎焊比较困 难，力学性能较差，主要用于钎焊铜及铜合金 和镀锌铁皮等强度要求不高的零件 润湿性和力学性能较好，常用于钎焊铜、黄铜、 铁、镀锌铁皮等，如散热器、仪表、无线电元 件、电缆护套等产品，应用较广 熔点低，润湿性好，可得到较光洁的表面，力 学性能较好。常用于钎焊铜及铜合金、钢、锌 制零件，如散热器、无线电及电气开关设备、 仪表等，是应用最广的锡铅焊料