焊锡和焊剂的相关基础知识 (焊锡与锡的区别)

*技术是电子爱好者必须掌握的基本技能。电子制作中常用的*工具是电烙铁，*用料是锡铅合金，另外还有帮助*的焊剂。*的原理，就是通过加热的电烙铁将固态焊料加热熔化，并借助于焊剂的物理和化学作用，使焊料流入被焊金属之间，在*物表面形成不同金属的良好熔合，待*后成为牢固可靠的*点。如果没有焊料，*就无从谈起，而选择良好的焊料是确保*质量的前提。许多初学者对焊料的成分及特性等了解甚少，直接影响了*技能的熟练掌握。为此，下面对常用焊料及配合使用的焊剂等进行简单介绍，让读者明白基本的*原理、常用焊料和焊剂的正确选用等，做到心中有数，尽快在实际*作中提高自己的*水平。最常用的焊料——焊锡。

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图1常用焊锡实物图最常用的焊料见图1，它是由锡和铅两种金属按照一定比例熔合而成的锡铅合金，其中锡为主料，因此通常称这种焊料为焊锡。纯锡（Sn）为银白色，有光泽，富有延展性，在空气中不易氧化，它的熔点为℃。锡能与大多数金属熔融而形成合金。但纯锡材料呈脆性，为增加焊料的柔韧性并降低焊料的熔化温度，必须用另一种金属与锡熔合，以缓和锡的性能。铅就是一种很不错的配料，纯铅（Pb）为青灰色，质软而重，有延展性，但容易氧化，有毒性，它的熔点为℃。当锡和铅按比例熔合后，就构成了我们最常用的锡铅合金焊料——焊锡，此时熔点温度变低，使用方便，并能与大多数金属结合；具有*低、导电性能好和连接电子元器件可靠等特点。1、焊锡的*原理*是一个比较复杂的物理、化学过程，当用焊锡*金属铜时，随着电烙铁的加热和焊剂的帮助，焊锡先对*表面产生润湿，并逐渐向金属铜扩散，在焊锡与金属铜的接触面形成附着层，*后即形成牢固可靠的*点。其过程可分为以下三步：第一步，润湿。润湿过程是指已经熔化了的焊锡借助毛细管力沿着被焊金属表面细微的凹凸和结晶的间隙向四周漫流，从而在被焊金属表面形成附着层，使焊锡与被*金属的原子相互接近，达到原子引力起作用的距离。引起润湿的环境条件是：被焊金属的表面必须清洁，不能有氧化物或污染物。读者不妨通过形象比喻来理解润湿，我们把水滴到荷花叶上形成水珠，就是水不能润湿荷花；而把水滴到毛巾上，水就渗透到毛巾里面去了，这就是说水能润湿毛巾。第二步，扩散。伴随着润湿的进行，焊锡与被*金属原子间的相互扩散现象开始发生。通常原子在晶格点阵中处于热振动状态，一旦温度升高，原子活动加剧，就会使熔化的焊锡与被*金属中的原子相互越过接触面进入对方的晶格点阵，而原子的移动速度与数量决定于加热的温度与时间。第三步，冶金结合。由于焊锡与被焊金属相互扩散，在接触面之间就形成了一个中间层——金属化合物。可见要获得良好的焊点，被焊金属与焊锡之间必须形成金属化合物，从而使*点达到牢固的冶金结合状态。综上所述，某种金属是否能够*，是否容易*，取决于两个因素：一是所用焊料是否能与焊件形成化合物；二是要有除去接头上污锈的焊剂。*时，焊锡能与大多数金属（如金、银、铜、铁、锌等）反应生成一种相当硬而脆的金属化合物，这种化合物就是焊料与焊件结合的粘合剂，但有些金属（如钛、硅、铬等）不能与焊锡反应，因而*这些金属时就不能采用焊锡这种焊料。2、焊锡成分与熔点的关系焊锡中锡和铅的比例不同，其熔点和*时所需要的温度也不同，但它的熔点始终低于组成合金的任一种成分的熔点。对于不同的*件，需要选用不同熔点的焊锡和采用不同的。由表可知，焊锡的锡含量一般保持在%~%。如果焊锡中锡的含量高于%，则不仅焊料的*上升、熔点增大，而且*强度降低；但锡含量也不能太低，当锡含量小于%时，*强度减弱，接头发脆，*性能变差。*电子线路，为了避免*时高温对电子元器件和电路板等所造成的损害，锡和铅是按锡占%、铅占%来配比的，以获得℃的最低熔点和足够的可焊性。目前，市售的各种焊锡中，有些还加入了少量的其他金属，以进一步改善*性能，增强焊锡的坚固性等。3、焊剂的作用及选择

图2所示为几种最常用的焊剂。焊剂也叫助焊剂、焊药，顾名思义它具有帮助*的作用。经过清洁处理的金属*体，在加热*时，表面又会很快被氧化，生成一层氧化膜，这会妨碍焊锡与被焊金属的熔合。所以，*时必须使用合适的焊剂，一来清除*面上的氧化膜，并防止再氧化；二来降低液态焊锡的表面张力，增强焊锡的流动性，使焊点光亮而美观。焊剂的种类很多，表2给出了几种市场常见焊剂的性能和用途。图2常用焊剂实物图这些焊剂在常温或者焊件温度升高时，能形成薄层而分布到*表面，在清除氧化物的同时隔绝空气中的氧气，阻止氧化作用的继续，并能有效改善*性能。但需要注意的是，氯化锌和稀*虽然去污去油能力很强，但腐蚀性大，不能用于电子元件的*。焊锡膏虽然用起来方便，但使用后常会有一部分残留在焊点附近，容易沾染尘污，并且焊锡膏内大多含有酸性物质，在*时四周溅溢，使周围元器件的绝缘受到影响，日久容易起腐蚀作用。这些焊剂一般只在*大面积的铁制或铝制等金属品时使用，而且*后还必须注意将残余的成分清理干净，以免造成焊点的腐蚀。业余条件下，*电子线路最常用、最合适的焊剂当属松香，它*便宜，没有腐蚀性、不易沾染灰尘。在达到*温度时，松香中的松香酸可起到温和除去金属表面氧化膜的作用，并且受热汽化的松香还能将一部分氧化物直接带走；另外，图2常用焊剂实物图松香能够增加焊锡的流动性和浸润性，使焊锡迅速流到*部位，缩短*时间。松香实际上是树脂的制成品，呈半透明块状，以淡电影为佳，赤褐色则稍差。松香在文化用品商店（乐器专用）、电子市场或中药店里均有售。买来的松香块可以直接作焊剂，每当电烙铁头蘸好焊锡之后，在松香块上“点”一下，乘烙铁头上熔融的松香未完全汽化就迅速*。但注意不要在一块松香上长期用电烙铁烫焊，因为反复使用过程中，松香上会附着许多杂质，例如炭化物、金属末、金属氧化物等，这会造成焊锡点多*、焊点不光洁和在焊点周围形成一圈污垢等，严重影响焊点质量。若按照图3所示，把松香压成粉末，放进浓度为%的医用酒精（药店有售）或*中溶化（三份酒精加一份松香），则配制成“松香水”。松香水应保存在密闭的瓶子中，使用时在被焊处滴上一点（可用小木棍或小螺丝刀）即可。但日子一久，酒精容易挥发，松香水变稠，这时可以再加些酒精稀释。

图3“松香水”的配制

表1焊锡的成分和用途

表2常见焊剂的用途除了以上介绍的常见焊剂外，在电子制造行业中还使用多种专用焊剂（见表3），这些焊剂电子爱好者一般不容易购买到，如果感兴趣和条件许可的话，不妨按照它们的配方自行配制。

表3电子制造行业专用焊剂4.、焊锡的选择成品焊锡通常做成条状或卷丝状。市售的适合电子电路*用的焊锡丝多是空心的，里面填满松香，又称松香焊锡丝。用它*电子线路时，可不必再加焊剂，非常方便，是电子爱好者的首选产品。这种松香焊锡丝外径有0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3mm等多种规格，*电子电路时宜选用较细的规格。由前面表1我们可以看出，*电子线路所用焊锡的锡含量是最高的，由于锡的*远高于铅，所以它的*在同类焊料中是最高的。有的读者从市场购买来的焊锡熔点很高，且凝固后的焊点粗糙呈糠渣状，这是因为焊料中铅含量过高所致。发生这样的情况原因有二：一是误购了铅含量大、熔点高、非电子线路*专用的焊锡；二是购买了假冒产品。某些生产商为了降低生产成本，随意降低锡的含量，加大铅的含量，甚至采用杂质含量很高的锡、铅为原料，所生产的劣质焊锡熔点当然很高，而且*性能非常差。笔者以前就曾碰到过这样的事。所以读者在购买焊锡时一定要擦亮眼睛，必要时应先试用，再决定是否购买。其实从焊锡的外表就可以大致判断出焊锡的锡含量来，一般锡含量高的焊锡，其外表呈银白色有光亮，手感挺直；而铅含量高的焊锡则呈灰白色无光泽，手感柔软。5、几种特殊焊锡的成分及用途普通焊锡仅由锡和铅两种金属组成。但为了进一步改善焊锡的性能，或为了满足特殊情况下的*以及*特殊金属的需要，就要求在普通焊锡成分的基础上再添加其他成分的金属，这样就生产出了各种特殊的焊锡。下面介绍几种特殊用途的焊锡：（1）加锑焊锡如果焊点暴露在很冷的环境（如南极或北极）中，锡铅合金就会重新结晶，焊点不再是金属而是晶态，并且很脆，这种结晶变化会引起焊点的膨胀，使接头断裂。如果使用了加锑的焊锡，就可有效防止焊料的重新结晶。加锑焊锡的典型配比是锡%、铅.7%、锑0.3%。（2）加镉焊锡在*热敏感器件和玻璃器件时，为了防止器件爆裂及损坏，常使用加镉的超低温焊锡，其熔点仅为℃。这种焊锡的典型配比是锡%、铅%、镉%，由于它的熔点低，所以熔化与凝固时间短，有利于缩短*时间。但因镉毒性较强，所以应谨慎使用。（3）加银焊锡*具有镀银层的元器件（如陶瓷电容器）引线时，为了防止*时焊锡熔解掉很薄的镀银薄膜，要使用加银焊锡。这种焊锡的典型配比是锡%、铅%、银2%，熔点为℃。（4）加铜焊锡*极细的铜线时，为防止焊锡对细铜线的侵蚀作用，应使用加铜的焊锡。这种焊锡的典型配比是锡%、铅.5%、铜1.5%。5、新型焊料——无铅焊锡铅及其化合物是种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，也是目前公认的影响儿童中枢神经*发育的环境*之一。人体中如果存在过量的铅，将会导致神经和再生*紊乱、发育迟缓、血色素减少并引发贫血和高血压。铅对人体的直接污染是通过呼吸道和皮肤上的毛细孔管进入人体体内的，而工业废弃品中的铅会通过渗入地下水*进入动物或人类的食物链。正因为如此，在人类环保意识不断增强的今天，禁止生产含铅制品的呼声日益高涨，含铅的焊料更是首当其冲。年6月，美国IPCLead-FreeRoadmap第4版发表，建议美国企业界于年推出无铅化电子产品，到年实现全面无铅化。年8月，日本JEITALead-FreeRoadmap1.3版发表，建议日本企业界于年实现标准化无铅电子组装。年2月日，欧洲议会与欧盟部长会议组织正式批准WEEE和ROHS的官方指令生效，强制要求自年7月1日起，在欧洲市场上销售的电子产品必须为无铅的电子产品（个别类型电子产品暂时除外）。目前为止，我国尚未制定出无铅锡制品的标准，只是*于年3月拟定了《电子信息产品生产污染防治管理办法》，提议自年7月1日起，投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有铅。可见，为了消除铅污染，采用无铅焊锡已势在必行。因此，开发避免污染、能替代传统合金的绿色焊料以及实施无铅工艺制造已成为电子工业所面临的重要课题之一。我国和一些发达国家的科研机构正开展相关研究，积极寻找解决生产污染问题的方法和途径，使电子装配生产向绿色环保方向发展，其中寻找实用的无铅焊锡和实施无铅工艺就是其中关键课题。对于无铅焊料的研发，一般要求其物理性能、钎焊工艺性能、接头的力学性能等应与有铅焊锡（Sn-Pb合金焊料）接近，而且成本不能过高。目前国内外所研究的无铅焊料主要以锡（Sn）为主，添加银（Ag）、锌（Zn）、铜（Cu）、锑（Sb）、铋（Bi）、铟（In）等的合金元素，通过合金化来改善合金焊料的性能，提高可焊性，所以多元合金化是无铅焊料设计的一大特点。目前，国内可供应的比较成熟的无铅焊锡见表4所示。无铅焊锡产品中，锡银二元合金的熔点在℃~℃之间，其最大特征是耐热性和抗疲劳性明显优于普通焊锡，不足之处是熔点偏高，成本也较高。如果在锡银二元合金中再适当加入一些铜（Cu），除了熔点有所降低外，还能够提高*可靠性。锡铋二元合金的特点是熔点低，这对于那些耐热性差的电子元器件*有利。另外，它的保存稳定性也好，可用与普通有铅焊锡大体相同的焊剂进行*，润湿性没有问题。锡铋二元合金的不足之处在于随着铋（Bi）的加入量增大，焊锡变得硬而脆，加工性能大幅度下降，*可靠性变坏。因此，生产时必须控制加入量在适当范围内。锡锌二元合金的拉伸强度、初期强度、长时间强度变化等都要比普通有铅焊锡优越，延展性也与普通有铅焊锡相同。另外，锌（Zn）的毒性也弱，成本也低。若从焊锡合金的机械强度、熔点、成本和毒性等方面考虑，锡锌二元合金替代普通有铅焊锡最合适，但锌的稳定性不好，易氧化，需选用有效助焊剂才能保证*良好。从整体来看，目前生产的无铅焊锡与普通锡铅合金焊料相比较，普遍存在着两大不足：一是上锡能力差。无铅焊锡的*扩散性不如普通焊锡，其扩散面积差不多是普通焊锡的1/3。二是熔点高。无铅焊锡的熔点比一般普通焊锡高出约℃~℃，如果读者采用无铅焊锡进行*，就要改用功率相应大一点的电烙铁，这样才能提升烙铁头的温度，满足*需求。例如，采用普通焊锡时需要用W或W电烙铁完成的*任务，在采用无铅焊锡时，就得选择W或W的电烙铁才行。由于*温度高，手工*时就有可能造成一些不耐热的元器件损坏。为了改善无铅焊锡的可焊性，焊料生产厂家还专门研制了与无铅焊锡*温度相匹配的焊剂（见表5），它能够在*温度下产生足够的润湿性，可保证获得良好的*质量。这里要向读者说明的是，在业余条件下仅使用无铅焊锡进行*，还远不能达到无铅化制作的目的，这是因为无铅化制作跟电子工业产品的无铅化生产要求是大同小异的，要求必须做到所用元器件不含铅（尤其是金属引脚不能涂上含铅的焊料）、*无铅、外壳材料（包括油漆）不含铅等。当然采用了无铅焊锡的直接好处是，可避免铅对制作者造成的接触性污染（主要是通过呼吸和皮肤吸收）。实际上到目前为止，满意的替代普通有铅焊锡的工业生产用无铅焊锡还没有出现，已开始应用的无铅焊料都存在着这样或那样的问题。无铅焊锡还需继续改进，逐步提高性能，以满足电子产品高可靠性的要求。相信，随着科学技术的不断进步和人类对环保问题的越来越重视，无铅焊锡最终必将代替普通有铅焊锡！