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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