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焊料

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一焊点连接导线的引脚あずか印刷いんさつ电路ばん

焊料えい语:Solder),须为导电たいまとぶつりょう通常つうじょうてき合金ごうきんまたしょう焊锡,为てい熔点合金ごうきんえいFusible alloyざい焊接てき过程ちゅうもちいらい接合せつごう金属きんぞくれいけん熔点需低于被焊物てき熔点。

一般所称的焊料为软焊料,熔点在てんざい摄氏90~450[1] ,软焊广泛运用于连せっ电子れいけんあずか电路ばんみずかんはい线工ほど、钣金焊接とう焊则经常使用しよう烙铁使用しよう熔点だか于摄450てき焊料焊接则称为硬焊(hard soldering)、银焊(silver soldering)、ある铜焊(copper brazing)。

一定いってい成分せいぶん比例ひれい组成てききょうあきら合金ごうきん具有ぐゆう固定こてい熔点,而非どもあきら合金ごうきん拥有ぶん别的かたあい温度おんど及液しょう温度おんどとう焊料处在かたあい温度おんど及液しょう温度おんど间时,かいてい现固态粒子りゅうし散布さんぷざいえき金属きんぞくてきあぶらじょう。焊接电子电路时,わか焊料仍未完全かんぜんとおる就移じょ热源,かい造成ぞうせい不良ふりょうてき电路连结,しょう为冷焊点(cold solder joint),きょう熔合きんぼつゆうかたえき共存きょうぞんてき温度おんど范围,较能防止ぼうし上述じょうじゅつ问题。过,ぬぐえせっ铅管てきせっ头(wiped joint)はん而是趁焊りょう冷却れいきゃくいたりかたえき混合こんごうてきあぶらじょう时,涂抹たいらせい并确无缝漏水ろうすい

电路ばん经常需要じゅよう焊接以连せっ电子れいけんめんじょうゆう不同ふどう直径ちょっけいてきまつしん焊丝きょうしゅ焊电电路ばんこれよう。另外也有やゆう焊锡あぶら、(圆环とう)特殊とくしゅ形状けいじょうてき薄片はくへんきょう同情どうじょう使用しよう,以利こうつくえ械化なま产电いた。锡铅焊料从以往至いまそく广泛使用しよう于软焊接,ゆう其对しゅ焊而げん为优りょうてき材料ざいりょうただし为避めん铅废弃物危害きがい环境,产业かい逐渐淘汰とうた锡铅焊料あらためよう无铅焊料。

焊接すいかん使用しよう较粗てき焊条,电路焊接则使用しよう较细てき焊丝(あるしょう焊线),たまたからくび饰的焊接焊料经常さいなり薄片はくへん

ずい集成しゅうせい电路てき尺寸しゃくすんえつ做越しょうにん们也希望きぼう焊点缩小。电流密度みつどこう于104A/cm2 往往おうおうかい造成ぞうせい电迁うつりかりわか发生电迁うつり现象,观察到锡球焊点往阳极方向ほうこう形成けいせいとつおか(hillock);往阴极方向ほうこう形成けいせい空洞くうどう(void),且分析ぶんせき阳极方向ほうこう电路てき成分せいぶん显示,铅为主要しゅよう迁移いたり阳极てきぶつ质。[2]

ひだり:无铅焊料;みぎゆう铅焊りょう

含铅焊料

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Sn60Pb40 焊线

锡铅焊料,别名软焊りょう(soft solder)。场上普遍ふへん以购どく(以重りょう计)铅含りょう5%いたり70%てき焊料。铅含りょう越高こしたかこうひしげ强度きょうどこう强度きょうどゆう增加ぞうかてき趋势。焊接电子电路常用じょうようてき焊料为 60/40 锡/铅及 63/37 锡/铅。 63/37 锡/铅是ども熔合きんざい所有しょゆう锡铅合金ごうきんとうちゅう熔点最低さいてい,而且一固定温度而非一范围。

早期そうきすいかん施工しこう使用しよう铅含りょう较高てき 50/50 锡/铅焊りょう,此比例ひれいてき合金ごうきん固化こか时间较长。焊接かんきさきすい电工かいこすぬぐえかん线,以确たいらせい及无缝不渗水。虽然じん们逐渐意识中毒ちゅうどくてき严重せいただしおこりはつ认为铅管释放いたり水中すいちゅうてき铅量しょうゆるがせりゃくちょくいたり1980年代ねんだい美国びくにざい开始全面ぜんめんとまよう铅管。 铜与铅、锡存在そんざい电极电位わか铜管あずか铅管しょう连输おくらいみず时,铅容えき氧化产生溶于すいてき氧化铅そく使つかい微量びりょうてき铅也有可ゆか能会のうかいかみ经系统消化しょうかけい造成ぞうせい长期慢性まんせい伤害[3]所以ゆえん焊接すいかんようてき焊料再建さいけん议以铅为原料げんりょう,而是あらためよう,并增加ぞうか锡的比例ひれい。(ただし现今つくえ械组そう较多,焊接すいかん较少) [4]

锡价かく铅高,ただし以提ます锡铅焊料てきひた能力のうりょく(铅的ひた润能りょく较差)。

电子产业以软焊技术连せっ印刷いんさつ电路ばんじょうてきれいけん多数たすうさいよう焊膏而非固体こたい焊料,以便使焊接处较しょう

锡铅焊料えき溶解ようかい黄金おうごん镀层并形成けいせい质脆てき金属きんぞく互化ぶつわかはん导体もとけんよく焊接黄金おうごん使用しよう银铅锡合きんあるもの铅铟合金ごうきんさく为焊りょう[5]

60/40 锡/铅焊りょう氧化きさきてき结构主要しゅよう可分かぶん为四层:さいそと层为氧化锡いち层为氧化亚锡あずか少量しょうりょうてき铅均匀分布ぶんぷ一层为氧化亚锡与铅、锡均匀分布ぶんぷさいそこ层为氧化てき焊料合金ごうきん[6]

焊膏含有がんゆうりょうしょうしか而影响重だいてき铅(及一定いってい程度ていどてき锡)放射ほうしゃせい同位どういもと放射ほうしゃせい同位どういもとしょ放射ほうしゃてきαあるふぁ粒子りゅうし可能かのうかい造成ぞうせいしんへん处理资料てき软性错误钋-210かつ跃的αあるふぁ粒子りゅうし放射ほうしゃげん)为主よう元凶げんきょうらいみなもと铅-210 βべーたおとろえなり铋-210さいβべーたおとろえ变为钋-210。 另外,其他おとろえ变后てき元素げんそ铀-238钍-232ひとしまた为焊りょう合金ごうきんちゅうてき辐射げん[2][7]

无铅焊料

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使用しよう瓦斯がす焊枪无铅焊料焊接铜管

2006ねん7がつ1にちおうしゅう联盟さきまえしょ发布てき废电电机设备指令しれい(WEEE)及 危害きがいせいぶつ质限せい指令しれい(RoHS)なまこう禁止きんしざいおうめい贩卖含铅てきしょう费性电子产品,而美こく以降いこうてい铅用りょう条件じょうけん,给予せいづくりしょうくだぜい优惠,两者带动抛弃含铅焊りょうてき趋势。无铅焊料成分せいぶん包括ほうかつ:锡、铜、银、铋、铟、锌、锑等とうさいつね见取だい传统 60/40 锡/铅及 63/37 锡/铅焊りょうてき无铅焊料,其液温度おんど仍比含铅焊料だか5いたり20 °C [8]过也ゆう液化えきか温度おんど甚低てき无铅焊料。

ざいなま印刷いんさつ电路ばん方面ほうめん,现今やめゆうがえだいせい无铅焊料よう于模ばん套印锡膏せいなり(silkscreen with solder paste soldering)。无铅焊料含锡りょう较高,ゆかり于锡ざい高温こうおん时易あずか其他金属きんぞく结合,わかなみ焊接えいwave-soldering(wave-soldering)操作そうさちゅうさいよう无铅焊料,えきおかせ蚀传统铁质熔,减少寿命じゅみょう熔炉ようろじょういち衬里とうとう改造かいぞうゆうじょ于降てい熔炉ようろてき养费ようよし为无铅焊りょうてき发展较晚,なお彻底完全かんぜんりんきよし其材りょう特性とくせい,一般认定某些产业的精密设备较不适宜使用无铅焊料,如:こうふとこう业及医学いがく仪器。あきら(Tin whisker)ざい无铅せいほどゆう铅制ほど容易ようい生成せいせい早期そうき电子产业そく发现あきら须现ぞう,并发现焊りょう铅可改善かいぜん此问题。

过半てき日本にっぽん厂商使用しよう锡银铜焊りょう回流かいりゅう焊接(reflow soldering)及波焊制ほど。锡银铜合きん焊料所以ゆえん广泛使用しよう,乃基于锡银铜さんげんども熔点(217 ˚C) 96.5/3.5 锡银(以重りょう计)きょう熔点(221 °C) 99.3/0.7 锡铜ども熔点(227°C)( Snugovsky 教授きょうじゅ则主张共熔比例ひれい99.1/0.9)てい

部分ぶぶん研究けんきゅう尝试加入かにゅう微量びりょうだい4周期しゅうき元素げんそいたり锡银铜焊りょう着眼ちゃくがん于解决无铅焊りょう生成せいせいてき不良ふりょう合金ごうきん界面かいめん (如: Ag3Sn),及其引起てきもとけん损坏、焊接めんへず离等不良ふりょうてききさきはて。举例:锡3.5银0.74铜0.21锌(熔化范围 217–220 ˚C)及锡3.5银0.85铜0.10(熔化范围 211–215 ˚C)。

锡基焊料えき溶解ようかいきん形成けいせい质脆てき金属きんぞく互化ぶつ。锡铅合金ごうきん溶解ようかいきんてき临界浓度为4%(以重りょう计)。かね溶解ようかい于铟てき溶解ようかいそくりつ远低于溶解ようかい于铅、锡,铟基焊料(通常つうじょう为铟铅)いん而更あい适用于焊せっきんれいけん。锡基焊料也易于溶解ようかい银,わか需焊せっ银质れいけん,则是使用しよう含银てき焊料,如果以接受较ひた润能りょく,无锡焊料也是另一种选择。[5]

无铅焊料てき杨氏りょう较含铅焊りょうだかあずか含铅焊料しょう受应りょくがた变较えきもろきれ。而印刷いんさつ电路ばんぬの满众微小びしょうてき电子れいけんいん此当受到(热)应力弯曲时,连接もとけん及线てき焊锡てん结构强度きょうどかい恶化并可能かのうだんきれそくしょ谓的焊料きれ纹 (solder cracking)[9] 此外,とう不同ふどう金属きんぞく一起かずき热,其接触せっしょくめん发生肯德尔效应,产生ほろ观下为数众多てきそらあなはん复的冷却れいきゃくかい产生さらそらあな往往おうおう促成そくせい焊料きれ纹,导致产品寿命じゅみょう缩短。[9]

じょ焊剂

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つくえ电焊せっよう焊锡,内含ないがんまつかおりしん,图中焊线中心ちゅうしん黑点こくてん

じょ焊剂またたたえ为助熔剂)ざい焊接ちゅうふんえんじ还原剂てきかくしょくはた高温こうおん焊点てき金属きんぞく氧化ぶつ还原为金属きんぞく,进而增加ぞうか焊接ひん质。じょ焊剂てき种类主要しゅようゆう两者,酸性さんせいじょ焊剂よう金属きんぞくせっ补和すい电管まつかおりじょ焊剂よう于电せいづくり产业。よし高温こうおんさんえき及酸雾具くさ蚀性,かい损伤电路れいけん强酸きょうさん成分せいぶんてきじょ焊剂通常つうじょう不用ふよう于电せいづくり产业。

ゆう鉴于えき严峻てきそら气污しみ有害ゆうがい废弃ぶついん此电产业逐渐扬弃まつさい用水ようすい溶性ようせいじょ焊剂,以降いこうひく溶剂用量ようりょう

あい较过往使用しようぜん金属きんぞく焊材并手こう涂抹じょ焊剂于焊せっ处,十世纪中叶手焊操作即采用焊剂芯焊线。焊线いたりしょう内含ないがん一条与焊线等长的焊剂芯,とう焊线融时,じょ焊剂やめなりえき态并释放いたり焊接处。

かた焊料

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かた焊料(hard solder)熔点だか于摄450,以铜锌及铜银合金ごうきん焊料さい为常见。

制作せいさく银器及珠たからくび饰,需使用しよう经过检验てき特殊とくしゅかた焊料。这类焊料通常つうじょうあずか焊物金属きんぞくてき成分せいぶん比例ひれい相似そうじ,且不含铅,ゆう不同ふどう硬度こうど、种类,通常つうじょう以熔てんぶん为"enameling"、 "hard"、"medium"及"easy"( 硬度こうど及熔てん顺序递减)。Enameling 焊料てき熔点为四しゃさい,甚至接近せっきん焊物自身じしん熔点,以防其他热过ほどちゅう焊料熔化。为了避免焊接际,さきまえやめ完成かんせい焊接てき部分ぶぶんとおる加工かこう过程ちゅう应依ぶん使用しよう熔点不同ふどうてき焊料。どう可知かちなりひんてきおさむ工作こうさく通常つうじょう使用しようEasy 焊料。另外,涂抹じょ焊剂ある氧化铁也有やゆうじょ防止ぼうしやめ焊接处融[10]

かい金属きんぞく化合かごうぶつ

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Cu4Sn, Cu6Sn5, Cu3Sn, Cu3Sn8 Cu3In, Cu9In4
Ni3Sn, Ni3Sn2, Ni3Sn4 NiSn3 Ni3In, NiIn Ni2In3, Ni3In7
FeSn, FeSn2
In3Sn, InSn4 In3Pb
SbSn
BiPb3
Ag6Sn, Ag3Sn Ag3In, AgIn2
きむ Au5Sn, AuSn, AuSn2, AuSn4 Au2Pb, AuPb2 AuIn, AuIn2
Pd3Sn, Pd2Sn, Pd3Sn2, PdSn, PdSn2, PdSn4 Pd3In, Pd2In, PdIn Pd2In3
Pt3Sn, Pt2Sn, PtSn, Pt2Sn3, PtSn2, PtSn4 Pt3Pb, PtPb PtPb4 Pt2In3, PtIn2, Pt3In7
  • Cu6Sn5 – つね见于铜焊せっめん,锡过りょう时较Cu3Sn优先形成けいせい,锡存在そんざい时可形成けいせい化合かごうぶつ (Cu,Ni)6Sn5 。
  • Cu3Sn つね见于铜焊せっめん,铜过りょう时较Cu6Sn5优先形成けいせい,热含りょう较 Cu6Sn5しょう高温こうおん时较容易ようい产生。
  • Ni3Sn4 つね见于含锡焊料あずか镍质焊接めん
  • FeSn2 形成けいせいそくりつ缓慢。
  • Ag3Sn 热银含量だか (こう于 3%) てき锡合きんえき产生,容易よういなり为微きれ缝的おこりはじめ处。
  • AuSn4 βべーたしょう,质脆,锡过りょう形成けいせい。锡基焊料あずか镀金层焊せっ处易もろきれ
  • AuIn2 形成けいせい于金あずか铟铅焊料てき边界,のう防止ぼうしきん进一步溶解于焊料合金。

玻璃はり焊料

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はた玻璃はりあずか玻璃はり,とう瓷器, 金属きんぞく, はん导体, うんははとう物件ぶっけん焊接なり一体的技术称为玻璃はりかい接合せつごうえいGlass frit bonding玻璃はり焊料必须ざい一定的温度下达到高流动性及浸润能力,以防过高温度おんど焊物ある其周遭配けんしんへんてき金属きんぞく层或すえ瓷基ざい)无法うけたまわ受,かたちある结构破坏。通常つうじょう温度おんど设定ざい450いたり550 °C。

玻璃はり焊料ぶん为两种: 玻璃はり质(vitreous)及微あきらdevitrifyingあるものcrystallizing)。玻璃はり质焊りょうじゅう复融さい凝固ぎょうこ保有ほゆうあきらがたてき分子ぶんしうずたか叠结构,特性とくせい变,质地しょう透明とうめいほろあきら焊料冷却れいきゃく固化こか形成けいせいあきらしょうあずか玻璃はりしょうひとし分布ぶんぷてきほろあきら聚集たい,为一种玻璃はりすえほろあきら焊料(焊接きさきつくえ械键(mechanical bond)きょうただし对温敏感びんかんだか不易ふえき掌握しょうあくせっ可能かのう龟裂,其多あきらからだ结构并不とおるこう[11] ほろあきら焊料具有ぐゆう"热固せい",さい结晶排列はいれつきさき熔点急遽きゅうきょますだかずいきさきてき高温こうおん真空しんくう烘烤并不かげ响焊せっ处。ほろあきら焊料通常つうじょう加入かにゅう达 25% てき氧化锌,よう于映ぞうかん阴极しゃ线管てきほろあきら焊料,主成分しゅせいぶん为一氧化铅、さん氧化硼、氧化锌等。

よし铊、砷、硫等とう元素げんそはいかた组成てきさんもと混合こんごうぶつぞく于无氧玻璃はりとおる范围 200–400 °C,よう密封みっぷう电子器材きざいちゅう印刷いんさつ电路ばんあずか玻璃はり。 [12]。硅硼酸ほうさん锌玻璃可さく为电れいけんてき钝化护层,其热膨胀けいすう必须あずか(及其はん导体れいけん相称そうしょう,且不含金属きんぞく以免碱金属きんぞく渗入はん导体造成ぞうせい故障こしょう[13]

玻璃はり焊料あずか焊物间的键结しょう部分ぶぶんきょう价键だい部分ぶぶん凡德かわらりょく[14] 真空しんくうわざ术常つね需要じゅようよういた玻璃はり焊料, こうよう为连せっれいけんてき密封みっぷう胶,以及玻化釉(vitreous enamel)涂层,そく以降いこうてい铁渗とおる氢气てき能力のうりょくいたりじゅうふんいち[15] 玻璃はり焊料也运よう于玻璃与金属きんぞく材料ざいりょうふうせっ及玻璃陶瓷与金属きんぞく材料ざいりょうふうせっわざ术。

玻璃はり焊料またせいなりしょう于60ほろべいてき玻料剂,使用しよう时简便びん混合こんごうすい酒精しゅせいなりのりじょうあるしる混合こんごう硝化しょうか纤维ゆうつくえ溶剂(おつさんつちのえとうごう适的黏着剂以黏结。[16]黏着剂应ざい焊料とおるぜんもえ烧或挥发殆尽,并要求ようきゅうせいじゅんてきこう及火势控せい玻璃はりざい质的焊料 さき热至熔融ようゆうじょう态再涂抹ざいまち接合せつごう处。よしいち氧化铅含量だか通常つうじょう70–85%)てき玻璃はり黏度てい且软てんてい,经常使用しよう。其他原料げんりょうてき化学かがく成分せいぶんいち般为硼酸ほうさん铅硼玻璃はりある硼硅玻璃はり),添加てんか少量しょうりょうてき氧化锌及氧铝以增加ぞうか化学かがく稳定せい。磷玻璃はり可用かよう于硅しんへんせいづくり,并添加てんか氧化锌、さん氧化、及氧化铜とう调整热膨胀系すう并降てい软化てん。另一方面ほうめん添加てんか金属きんぞく氧化ぶつ虽可くだてい软化てん,却会增加ぞうか热膨胀系すう

玻璃はり焊料经常使用しよう于电ふうそうそうれつちょく插封そうそくいち项例。胶囊ふうそう(encapsulation)过程ちゅうみずてきいっ气(Outgassing)早期そうきそうれつちょく插封そう(CERDIP)集成しゅうせい电路こうしつ败率てき主因しゅいん。如果よう进行故障こしょう分析ぶんせきぎゃくこう工程こうていうつりじょすえ瓷罩とうとうやぶ玻璃はり焊接せっ缝以取出とりでしんへんけん议采よう热剪きり(shearing)ほうわかすなおうけたまわ受芯かた损坏てき风险,则改为抛すり掉陶瓷罩,安全あんぜんただし耗时。[17]

另请さん

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参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ Frank Oberg, Franklin D. Jones, Holbrook L.Horton, Henry H. Ryffel (ed) Machinery's Handbook 23rd Edition Industrial Press Inc., 1988, ISBN 0-8311-1200-X, page 1203
  2. ^ 2.0 2.1 Madhav Datta, Tetsuya Ōsaka, Joachim Walter Schultze. Microelectronic packaging. CRC Press. 2005: 196. ISBN 0-415-31190-X. 
  3. ^ Needleman, HL; Schell, A; Bellinger, D; Leviton, A; Allred, EN. The long-term effects of exposure to low doses of lead in childhood. An 11-year follow-up report.. The New England Journal of Medicine. 1990, 322 (2): 83–8. PMID 2294437. doi:10.1056/NEJM199001113220203. 
  4. ^ Joseph R. Davis. Alloying: understanding the basics. ASM International. 2001: 538. ISBN 0-87170-744-6. 
  5. ^ 5.0 5.1 Howard H. Manko. Solders and soldering: materials, design, production, and analysis for reliable bonding. McGraw-Hill Professional. 2001: 164. ISBN 0-07-134417-9. 
  6. ^ A. C. Tan. Lead finishing in semiconductor devices: soldering. World Scientific. 1989: 45. ISBN 9971-5-0679-3. 
  7. ^ Karl J. Puttlitz, Kathleen A. Stalter. Handbook of lead-free solder technology for microelectronic assemblies. CRC Press. 2004: 541. ISBN 0-8247-4870-0. 
  8. ^ Ganesan and Pecht p. 110
  9. ^ 9.0 9.1 そん副本ふくほん. [2015-10-14]. (原始げんし内容ないようそん档于2015-10-14). 
  10. ^ The Encyclopedia of Jewelry-making Techniques. 1995: 112 [2015-08-08]. ISBN 1-56138-526-3. (原始げんし内容ないようそん档于2016-04-01). 
  11. ^ Merrill L. Minges. Electronic Materials Handbook: Packaging. ASM International. 1989: 239. ISBN 0-87170-285-1. 
  12. ^ Walter Heinrich Kohl. Handbook of materials and techniques for vacuum devices. Springer. 1995: 51. ISBN 978-1-56396-387-2. 
  13. ^ Brian Caddy. Forensic examination of glass and paint: analysis and interpretation. CRC Press. 2001: 40. ISBN 0-7484-0579-8. 
  14. ^ Robert W. Messler. Joining of materials and structures: from pragmatic process to enabling technology. Butterworth-Heinemann. 2004: 389. ISBN 0-7506-7757-0. 
  15. ^ Alexander Roth. Vacuum sealing techniques. Springer. 1994: 273. ISBN 1563962594. 
  16. ^ Heinz G. Pfaender. Schott guide to glass. Springer. 1996: 30. ISBN 0-412-62060-X. 
  17. ^ Friedrich Beck. Integrated circuit failure analysis: a guide to preparation techniques. John Wiley and Sons. 1998: 8. ISBN 0-471-97401-3. 

外部がいぶ链接

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