科技改變生活 · 科技引領未來
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電子線路焊接，所用的焊料和焊劑，其實有很多品類，雖然都是用來焊接，但是不同品種的焊料和焊劑，有著不同的焊接性能。不同的性能，可以適應不同的焊接方式，比如：手工焊接，機器焊接，低溫惡劣環境焊接等等不同的場景。最常用的焊料，焊錫絲、焊錫條，如下
電子線路焊接，所用的焊料和焊劑，其實有很多品類，雖然都是用來焊接，但是不同品種的焊料和焊劑，有著不同的焊接性能。
不同的性能，可以適應不同的焊接方式，比如：手工焊接，機器焊接，低溫惡劣環境焊接等等不同的場景。
最常用的焊料，焊錫絲、焊錫條，如下圖所示，是由錫和鉛兩種金屬，按照一定比例融合而成的錫鉛合金，其中錫為主料，因此人們叫它”焊錫“。
錫（Sn），是銀白色、有光澤、有延展性、呈脆性、在空氣中不易氧化的金屬，熔點為232℃。
由于純錫，呈脆性，并且能與大多數金屬熔融形成合金，因此為了讓以錫為主的焊料具有韌性，同時降低熔點，必須與另外一種金屬熔融，以改善錫焊料的焊接性能。
鉛（Pb），是青灰色、質軟、密度大、有延展性、有毒性、在空氣中易氧化的金屬，熔點為327℃。
但是鉛，是一種不錯的錫焊料添加料，當與錫按比例熔融混合后，就得到常用的‘含鉛焊錫料’。
這種‘含鉛錫焊料’，熔點變低，利于低溫焊接，能容易與大多數金屬結合（即：容易上焊料），并且價格低、導電性好、焊點可靠。
1、錫焊的焊接原理
錫焊，其實是比較復雜的一個化學和物理過程。
當用錫，焊接金屬銅的時候，隨著電烙鐵的加熱和助焊劑的幫助，錫先對焊接表面潤濕，然后逐漸向銅內部擴散，就像水滴在紙張上那樣，在錫與銅的接觸面形成附著層，冷卻后便形成了焊接點。
在錫與銅的接觸面形成附著層的過程中，其間發生了潤濕、擴散、冶金結合。
判斷某種金屬是否能夠焊接、容易焊接，取決于兩個主要因素：
比如，鈦、硅、鉻，這些物質，不能與錫發生反應，因此在對這些物質焊接時，就不能使用錫焊接。
2、錫焊料的成分與熔點的關系
錫焊料中，錫和鉛的比例不同，熔化溫度是不同的，但是它的熔化溫度，總是低于組成合金的任何一種純金屬的熔化溫度。
對于不同的焊件和焊接環境，需要選擇不同熔化溫度的焊料，以及使用適合的焊接方法。
常用的含鉛錫焊料的成分和用途，見下表所示：
可見，錫的含量在20%~63%之間，如果錫含量高于63%，不僅價格高、熔化溫度高，而且焊接點的強度會降低，但是錫含量也不能太低，當低于20%時，焊接強度會減弱、焊接點發脆。
在焊接電子線路時，要避免高溫損壞元器件和電路板，常用低溫錫（錫63% 鉛37% 熔點183℃）。
市售的成品含鉛錫焊料，有些還加入了少量的其他金屬元素，以進一步改善焊接性能。
3、助焊劑的作用和選擇
如下圖所示，是常用的助焊劑。
助焊劑，也有人稱為：”焊劑、焊藥“。
經過清潔處理的焊件表面，在加熱焊接時，總是很快又被氧化，形成阻焊層，所以必須使用助焊劑，清理氧化物的同時，隔絕氧氣阻止再次氧化，還能降低液態焊料的表面張力，增加它的流動性，讓焊點表面光潔美觀，焊點內部密實。
助焊劑種類很多，下表是常見的助焊劑用途和性能。
這些助焊劑，在溫度升高時，能流淌到焊接表面散開，在清除焊件表面的氧化物的同時，隔絕了與氧氣的接觸，保持焊件表面‘干凈’，還能讓焊料的流淌性變好，利于焊料流淌到焊接的縫隙中。
需要注意的是，氯化鋅和稀鹽酸，雖然有很好的去污能力，使用很方便，但是腐蝕能力也很強，盡量避免在電路板焊接中使用。同樣的，焊錫膏，也是使用方便的助焊劑，但是會有很多殘留物，焊接時飛濺的物質中有很多酸性物質，同樣也會對電路板的其他部分造成腐蝕。
如果要使用氯化鋅和稀鹽酸或者焊錫膏，來焊接電路板，焊接完畢后，必須徹底清洗，以免因為腐蝕造成電路板出現，無法預期的故障。
業余條件，和不洗板的情況下，焊接電路板，最常用，最適合助焊劑是‘松香’，它的優點是，無腐蝕性，不會沾染灰塵。
松香，在焊接時，松香酸能溫和的去掉焊件表面的氧化物，并且在氣化的同時，還能帶走一部分氧化物，并且可以增加焊錫的流動性和浸潤性。
松香，實際上是樹脂制品，呈半透明狀態，顏色淡黃為品質好，顏色赤褐品質稍差。
松香，通常是塊狀，可以直接用電烙鐵蘸取使用，但是反復使用一塊松香，上面會附著許多雜質，如，碳化物、金屬粉末、金屬氧化物等，這些污物會讓焊點產生多孔、不光潔，在焊點周圍形成一圈污垢。
還有一種，比較好的用法就是配制‘松香水’，如下圖所示：
把松香壓成粉末，放進95%的酒精（乙醇）中，按照1份松香3份酒精的比例配制。使用時用棍子或者細管子蘸取，涂抹到焊接面上即可。
松香水的配比，不必特別精準，只要不要太粘稠，或者太稀就好（即：酒精揮發后焊接面上的松香太少）。
除了上述的助焊劑，電子行業里，還使用多種專用助焊劑，如下表所示：
這些助焊劑，一般沒有售賣，如果您感興趣，可以自行配制，嘗試其性能。
4、成品焊料的規格選擇
成品焊料，通常被制成條狀、絲狀、中空含助焊劑的絲狀等。
對于絲狀的焊料，外徑又有0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3mm等等。
通常，用于電子線路焊接的，是含錫63%的低溫焊料，它價格貴，但是焊接效果好，那些熔點高，焊接后焊點粗糙呈糟糠狀態，是含錫量低，含鉛量高的高溫焊料。
因此，在選擇焊料時，要從焊接手段（手工、機焊、回流焊、波峰焊等）、對焊點的要求（環保要求高的地方要求含鉛量低）、以及生產中的綜合因素，取選擇適合的焊料牌號。
下面介紹幾種特殊成分的焊料：
1、加銻焊錫
如果焊點需要在極冷環境使用（如南北極地），普通的錫鉛合金會重新結晶，焊點會變成結晶態，會很脆，就像在液氮中的玫瑰花一樣，輕輕一敲就會‘粉碎’，同時這種結晶變化，會引起焊點膨脹，斷裂。
如果在這種極冷環境，使用加銻焊錫（錫63%、鉛36.7%、銻0.3%）就可以防止焊料結晶。
2、加鎘焊錫
當焊接熱敏元器件和玻璃元器件時，為避免元器件爆裂，常用加鎘焊錫，它是超低溫錫焊料，熔點僅位145℃。
這種加鎘焊錫（錫50%、鉛33%、鎘17%），由于熔點低，加溫和降溫的時間都很短，有利于縮短焊接時間，但是鎘有較強毒性，因此使用是必須謹慎。
3、加銀焊錫
在焊接具有鍍銀表面的焊件（如陶瓷電容器）時，為了避免焊料熔掉焊件表面的鍍銀層，通常使用加銀焊錫。
這種加銀焊錫（錫62%、鉛36%、銀2%），熔點為179℃，由于含有銀，對于鍍銀焊件的鍍銀層有保護作用。
4、加銅焊錫
在焊接極細的銅線（比如耳機振膜的音圈引線就是極細的漆包銅線）時，為了避免焊錫對銅線的侵蝕，讓銅線進一步變得更細，這時應當使用加銅焊錫。
這種加銅焊錫（錫50%、鉛48%、銅1.5%），由于含有銅，性能和加銀焊錫一樣，都是避免對焊件上少量的焊件金屬進行侵蝕，導致焊件上的少量金屬變得更少。
5、無鉛焊錫——環保焊錫
鉛及其化合物，是17種嚴重危害人類壽命和自然環境的物質之一，也是世界公認影響兒童中樞系統發育的環境毒素之一。
人的體內，如果存在過量的鉛，會導致神經和再生系統紊亂，引起發育遲緩、貧血、高血壓、血色素減少。
鉛，對人的污染，主要是從呼吸系統和皮膚上的毛細血管，進入體內造成污染。
然而，工業廢棄品（如廢舊電子產品）其中的焊錫里含有鉛，會與雨水中的物質發生化學反應，形成鉛的化合物，并滲入地下水，通過食物鏈進入人體。
如今，環保已經是人類的一大課題，許多國家都立法降低鉛污染，為了消除鉛污染，無鉛焊錫勢在必行。
目前國內外研究的無鉛焊錫主要以，錫（Sn）為主，添加銀（Ag）、鋅（Zn）、銅（Cu）、銻（Sb）、鉍（Bi）、銦（In）等合金元素，通過合金化，改善焊料性能。
國內，目前可供應的，比較成熟的無鉛焊錫，如下表所示：
無鉛焊錫中，錫銀二元合金，熔點在221℃~235℃之間，最大的特點是耐熱性和抗疲勞性優于普通焊錫，就是熔點太高，成本也高。在錫銀二元合金中添加銅，可以降低熔點，提高焊接可靠性。
錫鉍二元合金，特點是熔點低，這對耐熱性差的電子元器件來說是有利的。同時保存穩定性好，可以使用和有鉛焊料相同的助焊劑進行焊接。它的不足之處是，鉍越多焊錫會變硬變脆，加工性和焊接可靠性會降低。
錫鋅二元合金，拉伸強度、初期強度、長時間強度變化這些參數都比有鉛焊錫優越，延展性和有鉛焊錫相同。同時鋅的毒性弱，成本低，從機械強度、熔點、成本、毒性等方面考慮，錫鋅二元合金替代普通有鉛焊錫最合適，但是鋅的穩定性不好（鋅的化學性質比較活潑，容易發生化學反應。），易氧化，需要特別的助焊劑，才能保證焊接質量。
整體看，無鉛焊錫，相比于有鉛焊錫，上錫能力差、熔點還比較高，這是相對于有鉛焊錫的缺點。
無鉛焊錫通常需要特別的助焊劑，如下表所示：
由于無鉛焊錫的特殊性，使用與之配套的助焊劑才能在焊接溫度下保證潤濕性和焊接質量。
無鉛化，是一個逐漸深化的過程，不僅是焊錫無鉛，還有外殼、其他金屬部件都要無鉛化，才能徹底達到無鉛。
<全文完>
張原