金属杂质对焊料的影响讨论

苏州市力创焊锡制造有限公司金属杂质对焊料的影响讲师：范晶波职称：工程师、研发副理制作：工程技术部:[e-mail]金属杂质对焊料的影响1.杂质对锡铅焊料的影响1.1.锡铅焊料中存在的杂质1.2.杂质的表现特性或带入途径2.杂质对无铅焊料的影响2.1.无铅合金液杂质含量界限2.2.铜含量对焊锡特性的影响3.Cu杂质超标处理对策3.1锡铅焊料中铜超标处理3.2无铅焊料SAC铜超标处理1.杂质对锡铅焊料的影响1.1.锡铅合金中存在的杂质：杂质对焊料性能的影响Sb/锑含量大时，焊料硬度增大，流动性下降，含量超过1%时铺展面积减少25%Cu/铜是焊料熔点升高，可焊性下降，含量超过0.29%时可引起焊点疏松Bi/铋是焊料熔点下降，机械性能下降，含量超过0.5%时使焊料表面氧化变色Cd/镉含量超过0.15%时，铺展面积降低25%Zn/锌使焊料流动性降低，机械性能下降，含量超过0.003%时焊料表面氧化，腐蚀严重杂质对焊料性能的影响Al/铝作用同锌一样，含量超过0.005%时焊料氧化加剧Fe/铁使焊料熔点升高，润湿性下降As/砷含量超过0.2%，铺展面积降低25%P/磷使焊料润湿性下降，引起疏松S/硫使焊料润湿性下降，引起疏松Ag/银使焊料熔点升高1.2.杂质的表现特性或带入途径1.锑：在室温下，锑(Sb)有6%-8%熔入焊锡。而加0.3%可增加焊锡湿润的能力，但加入过多时其湿润能力反面会降低。含量大时会使焊锡硬度变大，流动性下降含量超过1%时，舒展面积减少25%2.铜：几乎不熔于锡与铅的固态溶液中，但又有金属化合物(Cu3Sn/Cu6Sn5)产生，在室温下这种物质看的很清楚，其形状成六角针尖型浮在焊锡表面上，当铜的含量增加时，焊锡工作温度亦需要来克服含砂状(grittiness)及缓慢湿润。但温度的升高，又加速铜的熔入，如此会造成焊锡温度过高的问题，相反的当温度降低于熔点5到10℃时，铜、锡的金属化合物又开始出现，而且可以人工方式清除，这种方式可以除去大部份的铅杂质，此时，含锡量会减少，因除去的是铜、锡的合金。上述方法无法除去含量低于0.7-0.8%的杂质，在电子工业中一般铜含量高于0.3-0.8%时，即应换掉，但何时该换，并没有一个很严谨的规定，可依状况及发现问题时再换锡。为了降低铜含量，应尽量将不要焊接的部分用防焊剂盖住，同时尽量降低焊接温度及时间，以降低铜的融入量，并应定时加入新锡，如此将有助于杂质含量维持在一特定程度下，不再增加。3.铋：在室温下，有18%可融入铅，1%可融入锡，实际来说，铋应该不能算杂质，通常是刻意加入，而且可以增加湿润程度。Bi可使焊锡熔点下降，机械性能下降，含量超过0.5%时，会使焊锡表面氧化变色。4.镉：不会熔入锡或铅的固态深液，当温度升高时会产生金属化合物。镉常加在一起低温特殊焊锡内，镉在焊锡内会导致黏滞的效果，当温度缓慢降时，可发现锡炉底部有镉的沉淀物，这是因为镉的可焊性好，镀镉的价格便宜，在工业界用的很多，一般来说如果为了得到焊锡性良好的表面，可用镉，但不应用于有熔炉的自动焊锡炉。当Cd含量超过0.15%时，铺展面积降低25%。5.锌：少量的融入锡，但不熔于铅的固态液中，不会产生金属化合物，其影响焊锡的特性很大，会使焊锡流动性降低，机械性能下降；当其含量达到0.005%时，即会造成结合性差，颗粒状固化时易脆；当其含量达到0.003%时，即会造成焊锡表面氧化，不耐腐蚀。因此少量的锌，即会造成很大的问题。6.铝：在焊锡作业温度下之溶解量很小，少于0.5%，在室温下几乎无任何溶解，通常铝会使焊锡在作业温度之下较为黏滞，即使在0.001%的含量下也会降低焊锡黏着力，表面不平整，且亦受热龟裂，当含量超过0.005%时，会导致焊锡氧化加剧。通常在电子工业中很少用到含铝的金属，因此不亦有此金属污染，但应注意不要使用含铝的固定支架。7.铁：不熔于锡与铅的固态溶液中，但温度升高时有少量铁会融入锡中，有二种金属化合物(SeSn及FeSn2)产生，当铁含量到达0.1%时，即会产生颗粒状出现，铁在焊锡作业温度下并不会熔于焊锡中，因此大部分的锡炉以铁为材质，而不会产生问题，只有在高温427℃以上时才会开始融入焊锡，因此要特别注意炉心及加热器，不要直接接触焊锡。8.砷：不会熔入锡或铅固态溶液，但会产生二种金属化合物(Sn3As2及SnAs),呈长针型结构。在电子产品装配中应该不会有砷的成份加入焊锡，因此只要多加留意原料即可。含量超过0.2%时，舒展面积减少25%。9.硫：会影响湿润的效果。实验的报告中提到危险界限在7PPM(0.0007%)，真正好的锡，硫的含量不可超过2-3PPM。10.银：不熔于锡与铅的固态溶液中，有金属化合物(Ag6Sn及Ag3Sn)的产生，除非银含量到达一定的量，并不算是什么杂质污染，当超过限度时，会产生颗粒或疙瘩在焊点表面。银的来源通常是来自混成电路中，含银金属烧在陶瓷上或一些零件脚上，银的成份会因此熔入焊锡中，当银含量超过2%时，会在冷却后分离出来，状况与铜相同。11.镁：与铝的影响相同，在室温下不熔于锡铅，有金属化合物(Mg2Sn及Mg2Pb)产生，在电子零件中几乎无镁的成份，因此通常不会造成问题。12.镍：不熔于锡与铅的固态溶液中，有金属化合物(Ni3Sn、Ni3Sn2及Ni3Sn4)产生，这种杂质在焊锡中很少发生，也没有任何不利的影响发生。13.金：几乎不熔锡与铅的固态溶液中，但又有金属化合物(Au2Pb、AuPb2)及(Au6Sn、AuSn、AuSn4)等产生，金融入焊锡的速度非常快，在焊锡中会造成焊点灰暗及有浮渣的现象，在锡炉中当金的含量高达0.2%时，焊锡会变得黏滞而灰暗；因此，虽然金的可焊性非常好，但它所产生的问题也很大，使用时要特别小心注意。2.杂质对无铅焊料的影响2.1.无铅合金液杂质含量界限•维持无铅波峰焊和选择性波峰焊工艺锡槽成分非常重要，下表推荐的控制界限是当今电子工业界综合了大量无铅合金用户最新的工艺经验的基础上的研究成果。•需要严密监控的主要成分是Pb和Cu。推荐经常性地进行锡槽合金分析以便对不正常情况尽早采取措施，以便早寻求控制方法，保证维持高的生产效率和工艺良品率。LC-02-08和低量银SAC推荐控制界限（SAC0307）元素处置界限对焊料性能的影响SnBAL无处置界限Pb0.10RoHS指令2002/95/EC规定铅的最大含量为0.1%。任何大于0.3%的铅污染会有害于焊接点As0.03含量大于0.03%会造成不浸润Cu0.50-1.00低银SAC合金铜的最大含量为1.00%，应添加SAC0300合金来维持铜含量。高于1.0%的铜水平可导致锡桥。Bi0.08-0.20无铅合金可以承受的Bi的含量为最高1.0%,然而，如果探测到Bi含量超过0.20%，表明有污染，应检查可能的污染。Zn0.003含量超过0.003%可能导致严重的锡桥和拉尖问题。有面糊状的锡渣形成，产生大量的氧化物。当锌的含量过高时，锡渣会增加。Fe0.02铁含量超过0.02%可能是锡炉被腐蚀的信号，并可能导致焊点表面粗糙，产生的FeSn化合物会导致锡桥。Ag0.25-0.504%的银含量常用于一些SAC合金，然而如果SAC0307焊料中银含量上升超过0.5，需要做相应调查并找出原因.不会影响可焊性.Sb0.20无铅合金可以承受的锑含量最大为1.0%，然而如果检测到含量超过0.20%，表明有污染，请检查可能的污染。Ni0.05含量超过0.025%可能开始减低浸润速度，影响到通孔填充性能。如果焊接性能正常，最大可以接受到0.05%Cd0.003RoHS指令2002/95/EC规定最大镉含量为0.01%.含量超过0.003%可能导致锡桥和拉尖增加。Al0.005含量大于0.005%可能增加锡桥和拉尖，同时焊料表面会产生大量氧化，锡炉里会产生糊状锡渣。Au0.1超过0.1%可能对焊点有影响LC-02-04和中等银SAC推荐控制界限(SAC305)元素处置界限对焊料性能的影响SnBAL无处置界限Pb0.10RoHS指令2002/95/EC规定铅的最大含量为0.1%。任何大于0.3%的铅污染会有害于焊接点。As0.03含量大于0.03%会造成不浸润。Cu0.30-1.00中量银SAC合金铜的最大含量为1.00%，铜含量在1.00%以下可以正常焊接。然而对于细间距组装，铜含量超过0.85%可能导致桥联的增加。应添加SAC300合金来维持铜含量。Bi0.20无铅合金可以承受的Bi的含量为最高1.0%,然而，如果探测到Bi含量超过0.20%，表明有污染进入，应检查可能的污染。Zn0.003含量超过0.003%可能导致严重的锡桥和拉尖。有面糊状的锡渣形成，产生大量的氧化物。当锌的含量过高时，锡渣会增加。Fe0.02铁含量超过0.02%可能是锡炉被腐蚀的信号，并可能导致焊点表面粗糙，产生的FeSn化合物会导致锡桥。Ag2.80-3.504%的银含量常用于一些SAC合金，然而如果SAC305银含量上升超过3.50%，需要做相应调查并找出原因.不会影响可焊性.Sb0.20无铅合金可以承受的锑含量最大为1.0%，然而如果检测到含量超过0.20%，表明有污染，请检查可能的污染。Ni0.05含量超过0.03%可能开始减低浸润速度，影响到通孔填充性能。如果焊接性能正常，最大可以接受到0.05%Cd0.003RoHS指令2002/95/EC规定最大镉含量为0.01%.含量超过0.003%可能导致锡桥和拉尖增加。Al0.005含量大于0.005%可能增加锡桥和拉尖，同时焊料表面会产生大量氧化，锡炉里会产生糊状锡渣。Au0.1超过0.1%可能对焊点有影响LC-01-05和SCNX系列推荐控制界限元素处置界限对焊料性能的影响SnBAL无处置界限Pb0.10RoHS指令2002/95/EC规定铅的最大含量为0.1%。任何大于0.3%的铅污染会有害于焊接点。As0.03含量大于0.03%会造成不浸润。Cu0.50-0.85LC-01-05可以操作在0.80在含量。然而在高于0.85%界限时细距贴装锡桥会增多。应添加低铜或无铜合金来保持铜水平。Bi0.05无铅合金可以承受的Bi的含量为最高1.0%,然而，如果探测到Bi含量超过0.05%，应检查可能的污染。Zn0.005含量超过0.005%可能导致严重的锡桥和拉尖。有面糊状的锡渣形成，当锌的含量过高时，锡渣会增加。Fe0.03铁含量超过0.02%可能是锡炉被腐蚀的信号，并可能导致焊点表面粗糙，从而导致锡桥。Ag0.054%的银含量常用于一些SAC合金，然而如果银含量上升超过容许的范围，需要做相应调查并找出原因.不会影响可焊性.Sb0.1无铅合金可以承受的锑含量最大为1.0%，然而如果检测到含量超过0.10%，请检查可能的污染。Ni0.01-0.10大多数正常的焊接中，镍含量应保持在0.05-0.06%。含量超过0.1%可能开始减低浸润速度，影响到通孔填充性能。Cd0.003RoHS指令2002/95/EC规定最大镉含量为0.01%.含量超过0.003%可能导致锡桥和拉尖增加。Al0.005含量大于0.005%可能增加锡桥和拉尖，同时焊料表面会产生大量氧化，锡炉里会产生糊状锡渣。2.2.铜含量对焊锡特性的影响2.2.1.引言2.2.2.浸焊用Sn-0.7Cu合金锡条2.2.3.浸焊用Sn-Ag-Cu合金锡条2.2.4.铜离子增加对焊点的可信耐度影响2.2.5.铜离子超标预防及调整方案2.2.6.结论2.2.1.引言•电感线圈和电子变压器的生产领域，大多数工厂采用浸焊的方式实现线圈和PIN或基座的连接。浸焊采用的温度往往高达400℃以上，如此高温的作业过程中，不可避免的发生铜溶解进锡炉的情况，致使锡炉中Cu离子的含量逐步攀升，严重时可影响正常焊锡作业。•那么我们需要的范围是多少呢？在管控的过程中，又如何确定Cu离子的含量在我们需要的范围之内呢？这是一个极易被行业生产管理者忽略的地方，直到目前，行业内还没有形成定