无铅三芯焊锡丝生产工艺研究
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１ 试 验
１１ 试验原料 本次试验采用的锡锭为湖南某厂生产的
Ｓｎ９９９０ＡＡ，符合 ＧＢ／Ｔ７２８－２０１０；阴极铜为湖北某 厂生产的 Ａ级铜，符合 ＧＢ／Ｔ４６７－２０１０。原料的元 素分析见表 １。 １２ 试验设备及分析仪器
试验设备为 现 有 无 铅 焊 锡 丝 生 产 线，包 括 松 香 熔炉、ＧＷ７５０－３００－１中 频 炉、熔 锡 炉 （１ｔ）、ＶＴ－ ８５Ａ水平 连 铸 机、ＶＴ－５００Ｔ挤 压 机、ＸＧＧ１３０辊 轧 机、ＶＴ－２１Ｚ中拉丝机、ＶＴ－２１Ｘ细拉丝机和绕线机 等，成分分析仪器为 ＳＰＥＣＴＲＯＭＡＸｘ（ＬＭＸ０６）直读 光谱仪。
图 １ 无铅三芯焊锡丝的生产工艺流程图
２ 结果与讨论
２１ 合金配制及熔体工艺处理 投入 １０ｋｇ阴极铜和 ９０ｋｇ锡锭于中频炉内，升
高温度至 ５５０～６００℃，使金属原料全部熔化后，加 入 ０５ｋｇ氯化锌进行搅拌 ２０～３０ｍｉｎ，在电磁力作 用下强烈搅拌，保证熔体成分均匀，然后静置 １０ｍｉｎ 后进行捞渣，最 后 进 行 浇 铸 成 锡 铜 中 间 合 金。 由 于 锡铜中间合 金 生 产 工 艺 温 度 高，加 入 氯 化 锌 能 有 效 减少金属的氧化。
３中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 ４１００８３）
摘 要：三芯焊锡丝因其独特的结构特征，焊接时助焊剂能充分释放，减少焊锡丝飞溅，提高铺展 性，提升了焊接可靠性，比单芯焊锡丝更有优势。文章主要采用三孔的松香嘴，通过对合金配制、熔 体工艺处理、水平连铸、热挤压、辊轧及拉丝等关键工艺进行了研究，并对制备的 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡 丝进行了检测，确定了生产 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡丝的较佳生产工艺参数，相比传统工艺，既提升了生 产效率，又获得了高纯净的焊料合金。此工艺生产的 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡丝产品无论是在化学成分 上还是性能上均达到标准要求，而且 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡丝产品断芯率为零，避免了单芯丝因断芯而 影响焊接的问题。 关键词：无铅；三芯焊锡丝；断芯；松香嘴 中图分类号：ＴＧ１４６１＋４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－５５４０（２０１９）０２－００４６－０５
目前，在焊锡丝传统生产工艺上，普遍采用单孔 松香嘴挤压技术，通过配料、熔炼、铸锭、挤压、辊轧、 拉丝生产出 单 芯 焊 锡 丝。 此 工 艺 比 较 成 熟，但 存 在 锡锭含渣多、断 芯 严 重、劳 动 强 度 大、生 产 效 率 低 等 缺点。而且单 芯 焊 锡 丝 主 要 缺 点 有 三：一 是 外 锡 层 过厚，焊接时 需 要 烙 铁 的 表 面 温 度 高 且 要 更 长 的 时 间熔化，不节 能；二 是 助 焊 剂 一 次 性 激 烈 反 应，容 易 导致飞溅等现象，影响焊点的牢固性；三是单孔松香 嘴在助焊剂灌注过程中，一旦发生堵塞，则会发生焊
第 ２期
卢红波，等：无铅三芯焊锡丝生产工艺研究
４７
表 １ 锡锭和阴极铜的元素分析
％
原料 锡锭 阴极铜
Ｓｎ ９９９７６
－
Ｃｕ ００００８ ９９９９７７
Ｐｂ ０００７８ ０００００６
Ｆｅ ００００６ ００００２
Ｃｄ ００００３
－
Ｚｎ ００００１
－
Ａｌ ００００２
－
Ｓｂ ０００７８ ０００００８
焊锡丝是手工烙铁焊接、焊接机器人、ＳＭＴ焊后 修补的重要焊接材料，广泛应用于电子工业，家电制 造业，维修 业 和 日 常 生 活 中［１］。 虽 然 目 前 在 电 子 封 装行业大量使用的是波峰焊和 ＳＭＴ等自动化技术和 设备［２］，但手工软钎焊作为 ＰＣＢ组装和返修工艺中 基本的 工 艺 技 术 之 一 仍 占 有 不 可 代 替 的 一 席 之 地 ［３］。随着电子 工 业 的 快 速 发 展，无 铅 焊 料 得 到 了 广泛应用［４，５］，电子元件和 ＰＣＢ板逐渐转向微型化 和复杂化 ［６，７］，对 电 子 产 品 的 质 量 要 求 更 加 严 格，特 别是在焊锡丝飞溅、残留、润湿性和焊接可靠性方面 提出了更高的要求 。 ［８～１０］
４６
·材 料·
湖南有色金属
ＨＵＮＡＮＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳＭＥＴＡＬＳ
第 ３５卷第 ２期 ２０１９年 ４月
无铅三芯焊锡丝生产工艺研究
卢红波１，２，３，刘庆富１，２，汤建所１，２，李纯敏１，刘泽新１
（１云南锡业郴州矿冶有限公司高新材料分公司，湖南 郴州 ４２３０００； ２云南锡业股份有限公司，云南 个旧 ６６１０００；
作者简介：卢红波（１９８５－），男，工 程 师，主 要 从 事 锡 焊 料 开 发、金 属 压力加工工作。
锡丝断芯现象。而无铅三芯焊锡丝是有三个助焊剂 溶剂孔且其 内 注 有 助 焊 剂 的 焊 锡 丝，助 焊 剂 独 立 分 开且分布更均匀，焊接时助焊剂能充分释放，助焊剂 的作用更突 出，减 少 焊 锡 丝 飞 溅，提 高 铺 展 性，提 升 了焊接可靠性［１１］。因此，本文主要采用三孔的松香 嘴，对合金配 制、熔 体 工 艺 处 理、水 平 连 铸、热 挤 压、 辊轧及拉丝 等 关 键 工 艺 进 行 了 研 究，并 对 制 备 的 无 铅三芯焊锡 丝 进 行 检 测，为 无 铅 三 芯 焊 锡 丝 产 品 的 生产提供数据支撑。
Hale Waihona Puke Baidu
Ｂｉ ０００８３ ００００２
Ａｓ － ０００００８
１３ 工艺流程及性能测试 工艺流 程 是 首 先 采 用 中 频 炉 制 备 锡 铜 中 间 合
金，再在熔锡炉中投入纯锡和锡铜中间合金，升温进 行熔体工艺 处 理，取 样 分 析 合 格 之 后 便 采 用 水 平 连 铸机进行铸造，接着进行挤压及灌注助焊剂、连续辊 轧、水箱拉拔 等 工 序，即 可 制 造 出 无 铅 三 芯 焊 锡 丝， 图 １为无铅三芯焊锡丝的生产工艺流程图。按照图 １所示的流程图，试生产直径为 Φ１０ｍｍ及助焊剂 含量为 ２５％的 ＳｎＣｕ０７无铅三芯焊锡丝产品，严格 按照国家标准 ＧＢ／Ｔ２０４２２－２０１８进行产品成分分 析和性能检测。
在熔锡炉中投入 ９３０ｋｇ锡锭和 ７０ｋｇ锡铜中间 合金，加热至 ３６０～３８０℃，加入 １ｋｇ工艺物质 Ａ，开 启搅拌器强烈搅拌 ３０ｍｉｎ左右，促使 Ａ物质漩入熔
１１ 试验原料 本次试验采用的锡锭为湖南某厂生产的
Ｓｎ９９９０ＡＡ，符合 ＧＢ／Ｔ７２８－２０１０；阴极铜为湖北某 厂生产的 Ａ级铜，符合 ＧＢ／Ｔ４６７－２０１０。原料的元 素分析见表 １。 １２ 试验设备及分析仪器
试验设备为 现 有 无 铅 焊 锡 丝 生 产 线，包 括 松 香 熔炉、ＧＷ７５０－３００－１中 频 炉、熔 锡 炉 （１ｔ）、ＶＴ－ ８５Ａ水平 连 铸 机、ＶＴ－５００Ｔ挤 压 机、ＸＧＧ１３０辊 轧 机、ＶＴ－２１Ｚ中拉丝机、ＶＴ－２１Ｘ细拉丝机和绕线机 等，成分分析仪器为 ＳＰＥＣＴＲＯＭＡＸｘ（ＬＭＸ０６）直读 光谱仪。
图 １ 无铅三芯焊锡丝的生产工艺流程图
２ 结果与讨论
２１ 合金配制及熔体工艺处理 投入 １０ｋｇ阴极铜和 ９０ｋｇ锡锭于中频炉内，升
高温度至 ５５０～６００℃，使金属原料全部熔化后，加 入 ０５ｋｇ氯化锌进行搅拌 ２０～３０ｍｉｎ，在电磁力作 用下强烈搅拌，保证熔体成分均匀，然后静置 １０ｍｉｎ 后进行捞渣，最 后 进 行 浇 铸 成 锡 铜 中 间 合 金。 由 于 锡铜中间合 金 生 产 工 艺 温 度 高，加 入 氯 化 锌 能 有 效 减少金属的氧化。
３中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 ４１００８３）
摘 要：三芯焊锡丝因其独特的结构特征，焊接时助焊剂能充分释放，减少焊锡丝飞溅，提高铺展 性，提升了焊接可靠性，比单芯焊锡丝更有优势。文章主要采用三孔的松香嘴，通过对合金配制、熔 体工艺处理、水平连铸、热挤压、辊轧及拉丝等关键工艺进行了研究，并对制备的 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡 丝进行了检测，确定了生产 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡丝的较佳生产工艺参数，相比传统工艺，既提升了生 产效率，又获得了高纯净的焊料合金。此工艺生产的 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡丝产品无论是在化学成分 上还是性能上均达到标准要求，而且 ＳｎＣｕ０７三芯焊锡丝产品断芯率为零，避免了单芯丝因断芯而 影响焊接的问题。 关键词：无铅；三芯焊锡丝；断芯；松香嘴 中图分类号：ＴＧ１４６１＋４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－５５４０（２０１９）０２－００４６－０５
目前，在焊锡丝传统生产工艺上，普遍采用单孔 松香嘴挤压技术，通过配料、熔炼、铸锭、挤压、辊轧、 拉丝生产出 单 芯 焊 锡 丝。 此 工 艺 比 较 成 熟，但 存 在 锡锭含渣多、断 芯 严 重、劳 动 强 度 大、生 产 效 率 低 等 缺点。而且单 芯 焊 锡 丝 主 要 缺 点 有 三：一 是 外 锡 层 过厚，焊接时 需 要 烙 铁 的 表 面 温 度 高 且 要 更 长 的 时 间熔化，不节 能；二 是 助 焊 剂 一 次 性 激 烈 反 应，容 易 导致飞溅等现象，影响焊点的牢固性；三是单孔松香 嘴在助焊剂灌注过程中，一旦发生堵塞，则会发生焊
第 ２期
卢红波，等：无铅三芯焊锡丝生产工艺研究
４７
表 １ 锡锭和阴极铜的元素分析
％
原料 锡锭 阴极铜
Ｓｎ ９９９７６
－
Ｃｕ ００００８ ９９９９７７
Ｐｂ ０００７８ ０００００６
Ｆｅ ００００６ ００００２
Ｃｄ ００００３
－
Ｚｎ ００００１
－
Ａｌ ００００２
－
Ｓｂ ０００７８ ０００００８
焊锡丝是手工烙铁焊接、焊接机器人、ＳＭＴ焊后 修补的重要焊接材料，广泛应用于电子工业，家电制 造业，维修 业 和 日 常 生 活 中［１］。 虽 然 目 前 在 电 子 封 装行业大量使用的是波峰焊和 ＳＭＴ等自动化技术和 设备［２］，但手工软钎焊作为 ＰＣＢ组装和返修工艺中 基本的 工 艺 技 术 之 一 仍 占 有 不 可 代 替 的 一 席 之 地 ［３］。随着电子 工 业 的 快 速 发 展，无 铅 焊 料 得 到 了 广泛应用［４，５］，电子元件和 ＰＣＢ板逐渐转向微型化 和复杂化 ［６，７］，对 电 子 产 品 的 质 量 要 求 更 加 严 格，特 别是在焊锡丝飞溅、残留、润湿性和焊接可靠性方面 提出了更高的要求 。 ［８～１０］
４６
·材 料·
湖南有色金属
ＨＵＮＡＮＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳＭＥＴＡＬＳ
第 ３５卷第 ２期 ２０１９年 ４月
无铅三芯焊锡丝生产工艺研究
卢红波１，２，３，刘庆富１，２，汤建所１，２，李纯敏１，刘泽新１
（１云南锡业郴州矿冶有限公司高新材料分公司，湖南 郴州 ４２３０００； ２云南锡业股份有限公司，云南 个旧 ６６１０００；
作者简介：卢红波（１９８５－），男，工 程 师，主 要 从 事 锡 焊 料 开 发、金 属 压力加工工作。
锡丝断芯现象。而无铅三芯焊锡丝是有三个助焊剂 溶剂孔且其 内 注 有 助 焊 剂 的 焊 锡 丝，助 焊 剂 独 立 分 开且分布更均匀，焊接时助焊剂能充分释放，助焊剂 的作用更突 出，减 少 焊 锡 丝 飞 溅，提 高 铺 展 性，提 升 了焊接可靠性［１１］。因此，本文主要采用三孔的松香 嘴，对合金配 制、熔 体 工 艺 处 理、水 平 连 铸、热 挤 压、 辊轧及拉丝 等 关 键 工 艺 进 行 了 研 究，并 对 制 备 的 无 铅三芯焊锡 丝 进 行 检 测，为 无 铅 三 芯 焊 锡 丝 产 品 的 生产提供数据支撑。
Hale Waihona Puke Baidu
Ｂｉ ０００８３ ００００２
Ａｓ － ０００００８
１３ 工艺流程及性能测试 工艺流 程 是 首 先 采 用 中 频 炉 制 备 锡 铜 中 间 合
金，再在熔锡炉中投入纯锡和锡铜中间合金，升温进 行熔体工艺 处 理，取 样 分 析 合 格 之 后 便 采 用 水 平 连 铸机进行铸造，接着进行挤压及灌注助焊剂、连续辊 轧、水箱拉拔 等 工 序，即 可 制 造 出 无 铅 三 芯 焊 锡 丝， 图 １为无铅三芯焊锡丝的生产工艺流程图。按照图 １所示的流程图，试生产直径为 Φ１０ｍｍ及助焊剂 含量为 ２５％的 ＳｎＣｕ０７无铅三芯焊锡丝产品，严格 按照国家标准 ＧＢ／Ｔ２０４２２－２０１８进行产品成分分 析和性能检测。
在熔锡炉中投入 ９３０ｋｇ锡锭和 ７０ｋｇ锡铜中间 合金，加热至 ３６０～３８０℃，加入 １ｋｇ工艺物质 Ａ，开 启搅拌器强烈搅拌 ３０ｍｉｎ左右，促使 Ａ物质漩入熔