焊料成分、性能分析.doc

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。 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； （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 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。 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。 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。 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