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手工焊锡知识 先鋒高科技 東莞 有限公司 PIONEERTECHNOLOGYDONGGUANCO LTD PTD 目录 1 为什么要焊锡2 焊锡 锡和铅 3 焊剂4 焊锡温度 1 焊锡的基础知识焊锡的功能是在机械上固定零件 并保持其导电性 对于该功能 不仅是在初期 而且在产品的使用环境下 都必须在某个时期稳定地进行维持 伴随着现在的电子机器小型化 多功能化 不断实现了电子零件的小型化和高密度化 使用焊锡的连接点也在增加 但是 在众多的焊锡点中 即使有1个接触不良 就会使该产品无法发挥其功能 因此 焊锡具有左右产品的质量和可靠性的重要作用 1 1 为什么要焊锡焊锡是通过将焊锡的成分锡涂到基本金属上 在界面形成合金层 金属间化合物 并使其接合 所谓 涂 就是沿着焊锡金属的表面 使焊锡与其亲和 焊锡是否良好 取决于该部位对于焊锡的亲和性 1 1 1 焊锡时生成合金的条件1 金属表面必须干净焊锡的原子和接合金属的原子必须接近到能够充分互相吸引的距离 由于阻碍原子互相接近的因素有合金表面的氧化物 污染物 故没有这些杂物的清洁表面 是为焊锡所必要的第一条件 2 以最佳温度加热金属被加热后 原子的运动变得活跃 并伴有在异种金属 母材铜和焊锡 界面扩散的现象 扩散随温度的升高而变得愈加活跃 其量与时间成正比而增加 合金层发达 若合金层太薄 则不能得到充分的接触强度 但若太厚 则焊锡不牢 为了焊锡得当 必须对焊锡对象进行合适的加热 1 2 焊锡 锡和铅 1 2 1锡的作用接合时 与被接合金属形成合金 是接合的主角 无论是使用有铅焊锡还是无铅焊锡 在铜质等材料上面有焊锡附着时生成的金属间化合物的成分均和前项1 1 1所示的合金相同 1 2 2 铅的作用在接合时 基本不起反应 但在锡里加入铅后 能得到如下优良的性质 1 熔点降低纯锡的熔点为232 纯铅的熔点为327 但是 锡与铅合起来 熔点为183 故可在较低的温度进2 改善机械特性锡的抗拉强度约为14 7N mm mm 铅为13 7N mm mm 焊锡的抗拉强度约为39 2 49 0N mm mm 同样 锡的剪断力为19 6N mm mm 铅为13 7N mm mm 焊锡的剪断力约为29 4 34 3N mm mm 由此可知 加入铅后可极大地提高其机械强度 3 界面张力降低焊锡的扩散性 即黏附性会由于表面张力和粘性的降低而改善 从而增加流动性 4 防止氧化效果将铅加入锡后 可期待其防止氧化效果 且氧化量减少 1 2 3 银的作为无铅焊锡 通过在锡中添加银而生成的AgSn会析出微小的结晶 从而大大提高了机械性能 但是 如果结晶析出过多 则会造成共晶成分过多 导致机械强度下降 1 2 4 铜的在Sn Ag合金内添加Cu后形成的合金既保持了其原有的机械特性 又使熔点下降了少许 并且Cu被合金化以后 还可减少因熔蚀对方材料中所含Cu而造成的负面效应 Sn Cu合金虽然价格低廉 但与AgSn相比 不仅熔点高 而且机械强度差 1 2 5 铋的在Sn合金中添加Bi后 不仅可有效降低熔点 而且还可改善亲和性 另一方面 机械性能会降低 1 2 6 铟的在Sn合金中添加铟后可降低熔点 而导致机械性能变化的影响却很小 1 2 7S焊锡的状态图作为锡 Sn 铅 Pb 合金的锡铅类焊锡 通过改变锡和铅的配比比例 可改变其性质 如下的状态图表示了锡和铅的配合比例 重量比 与温度如何影响焊锡状态的情况 下图a为铅的熔点 327 c为锡的熔点 232 a b c叫做液相线或液相温度 初晶线 任何配合比的焊锡在这条线之上时 都成液态 此外 a d b b e c叫做固相线 adb bec的内部都是半熔融状态 也称半固体或糊膏状 将d b e特称为共晶线 在共晶线下面为固体 B点叫做共晶点 在共晶点 锡铅合金不通过半熔融状态直接从固体变为液体 是焊锡作业的最佳条件 1 2 8 Sn Ag类焊锡状态图Sn 3 5wt Ag二元共晶焊锡作为高熔点领域的焊锡 是一种早已获得应用实的无铅焊锡 其状态图如下图所示 共晶温度为221 如果和单纯的共晶合金状态图进行比较 Ag超过50 的合金组成范围 右半部分 较为复杂 Ag组成在75 附近存在纵长领域 图中标有Ag3Sn 该组成和温度范围是Ag3Sn能够稳定存在的范围 如果仔细看一下 可以看出该Ag3Sn领域的左侧 低Ag组成侧 与二元共晶状态图很接近 在Sn和Pb的情况中 在双方的结晶中都一定程度的固熔了两种元素 但是Ag却根本不能固溶到Sn中 在Sn 3 5wt Ag的组成情况下形成共晶 1 2 9 Sn Cu类焊锡状态图Sn Cu合金的状态图如下图所示 该状态图也和Sn Ag的情况相同 Cu侧形成了很多金属间化合物 很复杂 但在靠近Sn Sn含量60 以上的范围 的领域可以看出很接近共晶合金 共晶组成为0 75 Cu 并且其共晶点为227 在无铅焊锡中属于比较高的类别 由于该合金不含Ag 所以价格较为低廉 有一段时期曾经考虑过应用到回流焊中 但由于熔点高 实装温度超过250 不太现实 现在 作为以重视经济效益的单面基板为主的流焊焊锡得到了广泛应用 1 3 焊剂1 3 1 焊剂的作用1 除去氧化物在母材金属和焊锡的表面 有着妨害形成合金层的很薄的污染层 氧化物 炭化物等 焊剂的作用就是为了金属的相互接触 而去除这些污染 为此 必须使焊剂流向欲焊锡的物体 电烙铁头基本上不需要焊剂 此外 焊剂在开始流动后数秒内分解而失效 故若不使其在距目的部分最近处熔解 则焊锡不能充分扩散 亦无光泽 2 在加热中防止氧化在加热中 金属表面随着温度的上升而急速地被氧化 此时 焊剂薄薄地全面包住金属表面 使空气无法与其直接接触 3 降低焊锡的表面张力由于表面张力的作用 处于固体金属表面的熔融的焊锡具有而倾向于形成球状的性质 焊剂熔解熔融焊锡表面的氧化物 增加流动性 减少表面张力以助焊锡 1 3 2 焊剂的必要条件在松香焊锡里使用了以松脂为主要成分的树脂类活性化松香 由于仅用松脂其净化力弱 故加入活化剂的化学成分 故有必要选用焊锡后的残留成分不会导致腐蚀 也不降低绝缘的焊剂 1 3 3 加热后焊剂的状态为了得到焊锡的黏附状态 有必要使尽量多的焊剂扩散到焊锡位置 松香焊锡的中心有焊剂 焊剂比焊锡先扩散 此外 焊剂经加热后变成烟而蒸发 故在焊剂消失前就完成焊锡是很重要的 1 4 焊锡温度为了进行焊锡 焊锡部位必须有合适的接合温度 此外 为了进行良好的焊锡 电烙铁必须提供为快速提高接合金属的温度 使焊锡熔融 焊剂活性化的充分的热量 1 4 1 接合强度由图可见 从焊锡的物理特性的角度看 其最佳温度为250 左右 高温加热后 合金层中形成Cu31Sn8和结构不明的合金 机械强度很弱 该温度决定了焊锡的可靠性 故电烙铁的必要条件是要一直保持最佳接合温度 并保持可供给