摘要： 以松香为栽体，znc1 为活性荆，酒精为溶剂， 乙二醇为添加荆，设计了不同钎荆配方， 通过铺展性试验研究了钎剂成分对sn—
zn基无铅钎料在铜上的润湿性的影响。研究结果表明：松香-znc1 ～酒精一乙二醇钎剂的去膜作用是松香和znc1 共同作用的结果，随着
钎荆'~'znc1 和松香配比的增加，钎料的铺展面积先增大后减小。钎荆中的酒精具有降低钎剂黏度的作用，酒精中的水分具有增强znc1
去除金属氧化膜能力的作用，从而使钎荆具有促进钎料在铜上铺展的能力，但是钎焊过程中钎荆飞溅大。钎剂中的乙二醇具有增大钎
剂黏度，减少钎荆飞溅的作用，但具有降低钎料润湿性的作用。znc1 、天然松香、酒精和乙二醇进行适当配比配制的钎荆能明显改善
sn—zn钎料的润湿性。 ．
关键词：sn—zn钎料；钎剂； 润湿性；松香； 乙二醇；znc12
中图分类号：tc425．1 文献标识码：b
由于sn—pb共晶基合金系列钎料的熔点低，具有对铜良好
的润湿性、优良的导电性和导热性，价格低廉等特点，因此，
一直是电子工业中的主导连接材料。但铅作为一种重金属可以
通过皮肤渗透、呼吸系统和消化系统吸收等方式进入人体，在
体内聚集而不能排出。它与体内的蛋白质强烈结合造成身体的
各项功能紊乱，使神经系统和泌尿系统产生病变“]，导致儿童
多动症和智力发育不完全。随着人类环保意识的增强，大范围
内禁止使用含铅物质的呼声越来越高。从上世纪80年代至今，
许多国家和地区性组织纷纷制订法律来限制或禁止含铅钎料在
电子组装行业中的应用。欧盟于1998年颁布了《电力电子设备
废物的处理法令》即weee (waste electrical and electronic
equipment)，明确表明在某些电子电器设备中禁止使用铅。
2o02年欧盟通过了rols (restriction on hazardous substances)
法令，法令规定从2006年7j]1日起，欧盟所有成员国必须保证
其进入市场的电力电子产品不能含有铅、汞、镉、六价铬、聚
合溴化联苯(pbb)和聚合溴化联苯乙醚(pbde)，其中铅是
排在第一位的 ]。世界各国对推行无铅钎料纷纷表态，并积极
投入无铅钎料的研制与开发。
目前研究的无铅钎料大多是以sn基为主，添加一些~llag，
bi，zn，cu，in和稀土等的合金元素，通过合金化来改善无铅
钎料合金的性能，提高钎焊性。其中sn—zn基钎料的熔点最接
近传统的sn—ph钎料，而且其成本低、力学性能优异，从而成
为无铅钎料中极有前景的竞争者之一。但zn易氧化，尤其在
2o0℃以上氧化迅速，从而使sn—zn基钎料在cu上的润湿性差，
收稿日期：2007—01—26
因而限制了它们的推广应用． 也成为目前急需解决的主要
问题[31。国内外许多研究人员试图通过在sn—zn合金中添加
cu，bi，in以及re等元素改善sn—zn合金在铜上的润湿性，但
这不仅使钎料合金的成本增加．而且使钎料的力学性能下降，
钎料润湿性差的问题也没有得到根本解决l4| 。
到目前为止，关于sn—zn基钎料专用钎剂研究的报道还较
少。vaynman等 基于sn的有机化合物可在钎焊温度分解出金
属sn．从而可在被钎焊表面预镀sn来改善sn一8zn共晶钎料润
湿性的原理，分别设计了以聚乙烯为溶剂，异丙醇为载体，乙
醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺为活性剂，sn的有机化合物为添加
剂的钎剂， 进行了sn一8zn无铅钎料在铜板上的铺展性试验。
试验发现，当sn的有机化合物质量分数达到15％时，钎料在cu
上的润湿性可得到明显改善。然而这些钎剂有一定毒性，配制
这些钎剂的原材料也难以得到。吴敏 等人也设计了含snc12
的有机钎剂进行了sn一9zn的润湿性研究，这类钎剂虽然对sn一
9zn的润湿性有明显的改善作用，但是腐蚀性较强，钎焊后必
须及时清洗。
松香的主要成分为弱有机酸松香酸(c。9h cooh)，在150
℃ 以上可以和sn．cu等金属的氧化物反应生成金属皂而去除金
属氧化膜。作为钎剂其腐蚀性弱。因此松香基钎剂一直是电子
工业中常用的助焊剂。znc1：在高温下可溶解金属氧化物eio,ih。
陈芳 等人在关于sn一3．5ago．6cu合金对铜引线的钎焊性研究
中发现在松香乙醇溶液钎剂中加入质量分数为0．1％的卤素时，
钎料对cu的润湿性明显提高。笔者经过前期研究工作发现，
以松香和znc1：作为主要成分配制的钎剂与以snc1：和松香作为
主要成分配制的钎剂相比，含znc12的钎剂对sn—zn基钎料在铜
welding technology vo1．36 no．5 oct．2007 ·焊接设备与材料· 47
上润湿性的促进作用效果更好，腐蚀性也更小。 为此i)~znc1
和松香作为主要原材料。研究了不同钎剂配方对sn—zn基钎料
在铜上润湿性的影响。
l 试验材料和试验方法
本研究选用的sn—zn基合金无铅钎料是sn一4zn一0．8cu一
5bi-0．3ce合金钎料，钎剂是以松香为载体，znc1 为活性剂，
酒精为溶剂，乙二醇为添加剂配制而成的。铺展性试验的基板
采用50 mmx50 mmx1 mm无氧纯铜板。
铺展性试验前。用24(7，400#zk砂纸打磨掉铜板表面氧化
膜．粗糙度在3．0左右。用酒精冲洗干净。将钎料合金切成小
块去掉氧化膜．用精确度为0．1 mg的sartorius—bs2105电子天平
称量o．2 g。将称量好的钎料放在铜板上，用滴管吸取钎剂溶
液。在钎料上滴2滴，以覆盖钎料及被钎焊区域。待电阻炉的
温度达到试验温度26o℃后，把放置了钎料和钎剂的铜板放入
炉中进行加热，保温15 min，然后取出冷却，最后用q811型求
积仪测量出钎料的铺展面积。
2 试验结果与分析
2．1 w(znc1 )对钎料铺展面积的影响
表1是在质量分数为25．6％ 的松香酒精溶液中加入不同
含量的znc1 时，对钎料铺展面积的影响。从表1中可以看
出， 当w(znc1 )在钎剂中的含量低，与松香的配比低时，钎料
铺展面积随着w(znc1 )增加而增加，当w(znc1 )达到5．45％时，
钎料铺展面积最大，而当w(znc1 )继续增加时，钎料铺展面积
反而降低。通过观察钎焊试样，发现：随着w(znc1 )的增加，试
样表面飞溅增大。
表1 钎剂~znci2含量对钎料铺展面积的影响
酒精 znc12钎剂型号 zncljg 捻裔l5 与 znc12在钎剂溶液 铺展面积
／ml 松香的配比 中的质量分数(％) ／mm2
zsj1 0．2 1-36 5 1：6．8 3．