焊錫

焊錫材料是電子行業的生產與維修工作中必不可少的，通常來説，常用焊錫材料有錫鉛合金焊錫、加銻焊錫、加鎘焊錫、加銀焊錫、加銅焊錫。

標準焊接作業時使用的線狀焊錫被稱為松香芯焊錫線或焊錫絲。在焊錫中加入了助焊劑。這種助焊劑是由松香和少量的活性劑組成。

焊接作業時温度的設定非常重要。焊接作業最適合的温度是在使用的焊接的熔點+50度。烙鐵頭的設定温度，由於焊接部分的大小，電烙鐵的功率和性能，焊錫的種類和線型的不同，在上述温度的基礎上還要增加100度為宜。

焊錫主要的產品分為焊錫絲，焊錫條，焊錫膏三個大類。應用於各類電子焊接上，適用於手工焊接，波峯焊接，迴流焊接等工藝上。 ^[1] 

由錫（熔點232度）和鉛（熔點327度）組成的合金。其中由錫63%和鉛37%組成的焊錫被稱為共晶焊錫，這種焊錫的熔點是183度。

為適應歐盟環保要求提出的ROHS標準。焊錫由錫銅合金做成。 ^[1] 

標準焊接作業時使用的線狀焊錫被稱為松香芯焊錫線或焊錫絲。如圖1：焊錫絲圖所示，在焊錫中加入了助焊劑。這種助焊劑是由松香和少量的活性劑組成。

焊錫經過熔解-模具-成品；形成一公斤左右長方體形狀。

錫膏（solderpaste）也稱焊錫膏，是由超細（20~75μm）球形焊錫合金粉末、助焊劑及其它添加物混合形成的膏狀體系。 ^[2] 

錫（Sn）是一種常見的低熔點金屬，無毒害，延展性好，常温下物理化學性質都相當穩定，能抗有機酸腐蝕，與諸多金屬生成化合物。傳統焊錫多以錫鉛為主要成分，這種材料以其熔點低、焊接性能好、價格優惠而成為一種經典產品被使用至今。但鉛的大量使用會給人類和環境帶來極大的危害，日本、歐盟、美國、中國等國家和地區都積極立法限制鉛的使用。

國內外對於焊錫粉的研究主要集中於顆粒粒度及其尺寸分佈、抗氧化性、多元合金不同成分配比以及添加微量元素的作用等方面。對於助焊劑則主要集中於成分及其比例、擴展率、粘性、腐蝕性等方面。

1、高温無鉛焊錫膏

1） Sn-Ag（-Cu）系

Sn-Ag系共晶成分為Sn3.5Ag，共晶點為221℃。此係列發展最成熟的是Sn-Ag-Cu （SAC）系，Sn3Ag0.5Cu（SAC305）是此係列的經典產品。這種合金具有優良的物理性能和高温穩定性，其焊接後的連接強度與傳統錫鉛共晶焊錫相同，甚至更高。在剛剛開始推行無鉛化時，大多數廠商都會選擇SAC305。由於Ag價格的不斷攀升，各機構都在致力研究含Ag在1%以下的低銀焊錫膏。

2004年，含Ag為0%~8%，Cu為0%~5%的SAC焊錫，此焊料可以滿足迴流温度但無法消除立碑效應。2006年，Ag為0.3% ~0.4%的Sn-Ag-Cu-P焊錫，其聲明具有和SAC305相同的可焊性、導電性、力學性能、並且可減少Ag與酸鹼反應帶來的毒性問題。2010年，一種Sn-Ag基焊料，Ag含量為0.2%~1.0%，並添加微 量的Sb、Cu或Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo或P、Ga、Ge。添加這些元素可以提高其機械強度，但若添量過高則合金的液相温度也會隨之升高。

Koki研製的低銀焊錫膏組分為Sn0.1Ag0.7Cu0.03Co，熔點為217~227 ℃。銀添加量的減少，使得產品市場波動性降低。鈷可防止由熱循環導致的組織變化，可保持組織緻密，抑制時效性金屬間化合物的偏析及凝聚，成本比SAC305減少10%~20%。Genma開發的低成本無銀焊錫其組分為Sn0.7Cu0.03Ni0.01Co0.005Ge，熔化温度為226~228℃，添加鎳和鈷可以提高焊錫的強度和可靠性，其成本比SAC305減少54%。

2）Sn-Cu系

Sn-Cu的共晶成分為Sn0.7Cu，共晶温度高達227 ℃。由於Cu和Sn合金是以兩種金屬間化合物Cu₆Sn₅（η）和Cu₃Sn（ε）的形態分散在Sn中。 Cu₆Sn₅為良性合金層，呈球狀結晶，強度高，是焊點電接觸性能和強度的根本保證；而Cu₃Sn是劣性合金層，它位於銅層與Cu₆Sn₅之間，呈骨針狀結晶，脆性，直接影響到焊點的電接觸和強度性能，並會造成不潤濕現象。

目前對此合金系的改性主要表現在添加微量的Ni、Ag、Bi等，用於增加焊料的流動性及其機械性能。此款焊料的優點是價格便宜，且可以抑制焊料工作時對PCB焊盤Cu層的浸析。

3）Sn-Sb系

Sn-Sb合金熔化區間較窄為240~250 ℃，比較主流的合金比例有：Sn₅Sb、Sn₁₀Sb。 Sn₅Sb被認為可能替代Sn₄₀Pb，其潤濕角為35°~55°，比Sn₄₀Pb的20°~35°範圍要廣，且在100℃時有着良好的剪切強度。常温下Sn₅Sb的組織由體心四方結構的β-Sn和麪心立方結構的β-Sn-Sb相組成。隨着Sb含量的增加，Sn-Sb相顆粒在Sn基體中沉澱，其力學性能也隨之提高。

2、中温無鉛焊錫

1）Sn-Bi-Ag（Cu）系

Sn-Bi-Ag合金的共晶成分為Sn58Bi0.3Ag。Hiroshi Ohtani等研究發現：其熔點接近Sn-Bi合金，當Bi含量接近50%時，其固液相區温度間隔小於10 ℃；當Ag的含量大於2%時，生成金屬間化合物Ag₃Sn。 Sebo等對Sn100-x Bi10Agx （x=3%-10%）焊料進行了研究，發現Cu₃Sn層僅存在於Cu基界面處，Cu₆Sn₅存在於基質界面及焊料內部，Ag僅僅存在於Ag₃Sn中。 Ag含量的改變不會顯著改變其接頭的微觀結構，但Ag₃Sn的尺寸會隨Ag的增加而長大；Cu₃Sn層的厚度會隨Ag的增加而減小。由於Ag為貴金屬，會添加微量的Cu來代替Ag。

2）Sn-Zn系

Sn-Zn共晶（Sn₉Zn）點199 ℃，比SAC的共晶温度（217℃）低20℃，比Sn-Pb的（183℃）高15℃，是熔點最接近Sn-Pb熔點的合金。通常情況下，焊接部分的凸點下金屬（UBM）使用銅，而使用Sn-Zn合金就會生成鋅和銅的金屬化合物，這種金屬化合物在高温高濕環境下會變柔軟，連接強度會變弱，但只要在凸點下金屬上使用鎳電鍍或金電鍍就可以解決此類問題。另外，由於Zn活性高，極易氧化，工藝條件難控制等缺點，目前在國內的應用並不廣泛，未來應用前景非常廣闊。

3、低温無鉛焊錫

Sn-Bi系

Sn-Bi合金共晶（Sn₅₈Bi）點為139 ℃，採用這種焊料的實裝温度可降到200℃以下。Sn-Bi系無鉛焊料具有熔點低、潤濕性良好的優點，Sn₅₈Bi共晶合金應用於主板封裝已經超過20年。但由於其易偏析，焊接接頭容易剝落等缺陷限制其應用範圍。

4、助焊劑

助焊劑主要由活性劑（松香、有機鹵化物等）、表面活性劑（以烷烴類或氟碳類等高效表面活性劑為主）和溶劑組成。除以上組分外，助焊劑往往根據具體的要求而添加不同的添加劑，如成膜劑、抗氧化劑、緩蝕劑、消光劑、阻燃劑、觸變劑等。

目前SMT軟釺焊工藝生產中使用的助焊劑，根據其後繼清洗工藝分為溶劑清洗型、水清洗型和免清洗型3種。 ^[2-3]