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焊料性质对焊接的影响

1.前言

目前各种形式的合金焊料,其最权威的国际规范为J-STD-006。此文献之必威体育精装版版

本为1996.6的Amendment1,由于资料很新,故早已取代了先前甚为知名的

美国联邦规范QQ-S-571。IPC还有一份重要的焊接手册IPC-HDBK-001其中之4.

1,曾定义“熔点”在430℃以下为“软焊”(Soldering),也就是锡焊。另熔点在430℃

以上称为硬焊“”(Brazing),系含银之高温高强度焊接。早期欧美业界,亦称

熔点600℉(315℃)以下者为软质焊锡,800℉(427℃)以上者为硬质焊锡。

原文Solder定义为锡铅含金之焊料,故中译从金旁为“焊锡”,而利用高热能进行

熔焊之Soldering(注意此一特定之单字,并非只加ing而已),则另从火旁用

字眼的“焊接”,两者涵义并不完全相同。

2.共熔(晶)焊锡

焊锡焊料(Solder)主要成分为锡与铅,其它少量成分尚有银、铋、铟等,各有

不同的熔点(M.P.),但其主要二元合金中以Sn63/Pb37之183℃为最低,由于

其液化熔点(LiquidusPoint)与固化熔点(SolidusPoint)的往返过程中,均

无过渡期间的浆态(pasty)出现,也就是已将较高的“液化熔点”与较低的“固化

熔点”两者合而为一,故称为“共熔合金”。且因其粗大结晶内同时出现锡铅两种

元素,于是又称为“共晶合金”。此种无杂质合金外表很光亮之“共熔组成”(Eute

cticComposition)或“共熔焊锡”(EutecticSolder),其固化后之组织非常均匀,

几无粒子出现。其合金比例之不同将影响到熔点变化,该变化之“平衡相图(Ph

aseDiagram)”,图请参考第12期TPCA会刊。

另一种组成接近共熔点的Sn60/Pb40合金,则在电子业界中用途更广,主要原

因是Sn较贵,在焊锡性(Solderability)与焊点强度(JointStrength)几无差

异下,减少了3﹪的支出,自然有利于成本的降低。与前者真正共熔合金比较时,

此60/40者必须经历少许浆态,故其固化时间稍长,外观也较不亮,但其焊点强

度并无不同。不过后者若于其固化过程中受到外力震动时,将出现外表颗粒粗麻

之“扰焊”现象(Disturbed)之焊点,甚至还可能发生“缩锡”(Dewetting)之不

良情形。

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3.焊料之特性

除了“焊锡性”好坏会造成生产线的困扰外,“焊点强度”(JointStrength)更是

产品后续生命的重点。但若按材料力学的观点,只针对完工焊料的抗拉强度(T

ensileStrength)与抗剪强度(ShearStrength)讨论时,则并不务实。反而是

高低温不断变换的长期热循环(ThermalCycling,又称为热震荡ThermalShoc

k)过程中,其等焊点由于与被焊物之热胀系数(TCE)不同,而出现塑性变形

(PlasticDeformation),再进一步产生潜变(Creep)甚至累积成疲劳(Fatig

ue)才是重点所在。因此等隐忧迟早会造成焊点破裂(Crack)不可收拾的场面,

对焊点之可靠度危害极大。

组件的金属引脚与组件本体,及与板面焊垫之间的热胀系数(TCE)并不相同,

因而在热循环中一定会

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