呂曉春 孫曉梅 宋北

摘要：概述了中國釬焊材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了ISO，EN，GB，AWS等標(biāo)準(zhǔn)化組織及其釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)化研究現(xiàn)狀，并對釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了分析。針對自動化、智能化釬焊制造需求，提出了未來國內(nèi)釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：釬焊;釬焊行業(yè);標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：TG 445

Abstract： The development of the brazing & soldering filler metal industry was summarized. The standardization bodies including ISO， EN， GB， AWS， and their brazing & soldering standards were reviewed. The authors put forward future development direction of the standards on brazing & soldering filler metals aiming at the demand of automatic and intelligent manufacturing.

Key words： brazing & soldering; brazing & soldering industry; standard

0 前言

釬焊作為一種精密的連接技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、機械、制冷、電機、家電、真空器件和鉆采設(shè)備等領(lǐng)域[1]。隨著新材料、新結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用，釬焊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可靠性問題在釬焊生產(chǎn)過程中得到廣泛關(guān)注。釬焊材料合金體系設(shè)計、尺寸偏差及工藝性能等對釬焊接頭可靠性有重要的影響。釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)作為規(guī)范性技術(shù)文件，受到釬焊工作者的高度重視。國內(nèi)外工作者針對釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)化方面做了大量的工作，對推動釬焊材料研發(fā)與工程化應(yīng)用起到了重要的推動作用[2-5]。

1 釬焊材料行業(yè)發(fā)展

釬焊材料包括釬料和釬劑。釬料按其合金體系中的基體元素或重要元素來劃分，釬料包括銀釬料、銅基釬料、鋁基釬料、鎳基釬料、錳基釬料、錫鉛釬料、無鉛釬料及貴金屬釬料等。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33148—2016《釬焊術(shù)語》規(guī)定，熔點高于450 ℃的釬料稱為硬釬料，而熔點低于450 ℃的釬料稱為軟釬料。而釬焊行業(yè)由于采用釬料、釬劑、釬焊方法的不同，習(xí)慣上根據(jù)釬焊溫度的差異，稱釬焊溫度在300 ℃以下為低溫釬焊，300～900 ℃為中溫釬焊，900 ℃以上為高溫釬焊。

釬焊材料行業(yè)具有顯著的多品規(guī)、小批量特點，根據(jù)釬焊材料重點應(yīng)用產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)統(tǒng)計估算，2018年中國硬釬料產(chǎn)量達(dá)3.5萬噸，產(chǎn)值近40億元，近3年保持約10%的增長速度。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國硬釬料規(guī)模以上企業(yè)70余家，主要分布在長三角區(qū)域，江蘇、浙江兩省企業(yè)占比達(dá)50%以上，代表性企業(yè)如杭州華光焊接新材料股份有限公司、金華信和焊材科技股份有限公司、鄭州機械研究所有限公司、河北宇光焊業(yè)有限公司、金華金鐘焊接材料有限公司、常熟華銀焊料有限公司、中山華中金屬焊料有限公司等。硬釬料中以銀釬料、銅基釬料消費量最大，占硬釬料總量的80%以上，主要應(yīng)用于電機、空調(diào)、制冷等產(chǎn)業(yè)，其釬料形態(tài)主要為傳統(tǒng)的絲狀、條狀、片狀、環(huán)狀等。

軟釬料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)300余家，主要分布在珠江三角洲、長江三角洲區(qū)域，年產(chǎn)量達(dá)15萬噸，產(chǎn)值超130億元，代表性企業(yè)如云南錫業(yè)股份有限公司、深圳億鋮達(dá)工業(yè)有限公司、廣東安臣錫品制造有限公司、浙江亞通焊材有限公司、北京康普錫威焊料有限公司等。軟釬料中以錫基釬料為主，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，涵蓋電子、儀器儀表、汽車、機電一體化等領(lǐng)域。隨著環(huán)保及元器件小型化、多功能化要求，無鉛釬料占據(jù)市場主導(dǎo)地位。目前，中國無鉛釬料仍以傳統(tǒng)的絲、條、帶狀為主，高端產(chǎn)品如軟釬焊膏、BGA球等盡管已部分實現(xiàn)國產(chǎn)化并在產(chǎn)品上應(yīng)用，但要滿足電子產(chǎn)品小型化、多功能化的市場需求，國產(chǎn)產(chǎn)品占據(jù)市場主導(dǎo)地位還需要一個過程。

2 國內(nèi)外釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)外釬焊標(biāo)準(zhǔn)化組織

ISO是目前世界上最大、最有權(quán)威性的國際標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)[2]。ISO/TC44“焊接及相關(guān)工藝”技術(shù)委員會負(fù)責(zé)焊接領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作，下設(shè)11個分技術(shù)委員會和1個IIW-ISO/TC44-CEN/TC121協(xié)調(diào)委員會，見表1。其中，與釬焊領(lǐng)域相關(guān)的有SC12（軟釬焊材料）、SC13（硬釬焊材料與工藝）、SC14（航空領(lǐng)域的焊接與釬焊）。

IEC是世界上成立最早的國際電工標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)，下設(shè)94個技術(shù)委員會和80個分技術(shù)委員會從事標(biāo)準(zhǔn)化工作，其中與釬焊相關(guān)的是IEC/TC91（電子組裝技術(shù)），歸口管理的標(biāo)準(zhǔn)中涉及軟釬焊材料、電子領(lǐng)域軟釬焊工藝及焊點試驗方法等。對于電子組裝用軟釬焊材料的標(biāo)準(zhǔn)化項目，由IEC/TC91與ISO/TC44/SC12共同承擔(dān)，同時邀請IPC（Interconnecting Packaging Electronic Circuits），JEITA（Japan Electronics and Information Technology Industries Association）和JPCA（Japan Electronics Packaging and Circuits Association）等組織的專家參與標(biāo)準(zhǔn)起草，共同完成國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。

國際焊接學(xué)會IIW是世界焊接界最具代表性、最具權(quán)威性的國際學(xué)術(shù)團體，IIW根據(jù)焊接技術(shù)的發(fā)展和需求的變化，設(shè)立若干個專業(yè)委員會、分專業(yè)委員會和工作組。IIW起草國際標(biāo)準(zhǔn)工作由專業(yè)委員會和專門的工作組共同完成，總體協(xié)調(diào)管理由WG-STAND，其成員來自各國釬焊領(lǐng)域的專家，委員會本身具有多國高度協(xié)調(diào)融合的特點。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會焊接技術(shù)委員會（CEN/TC121）根據(jù)焊接技術(shù)發(fā)展和市場需求，下設(shè)1個分技術(shù)委員會、4個工作組。其中，CEN/TC121/WG20負(fù)責(zé)硬釬焊技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。

美國焊接標(biāo)準(zhǔn)主要由美國焊接學(xué)會（American Welding Society，AWS）、美國電子工業(yè)聯(lián)合會（Electronic Industries Association，EIA）、美國電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會（Association Connecting Electronics Industries，IPC）和美國試驗材料協(xié)會（American Society of Testing Materials）等組織制定。這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（American National Standards Institute，ANSI）認(rèn)可后，以美國國家標(biāo)準(zhǔn)的形式頒布實施。美國釬焊標(biāo)準(zhǔn)的制定工作分工十分明確，AWS、ASTM負(fù)責(zé)制定硬釬焊領(lǐng)域和電子組裝技術(shù)以外的行業(yè)中應(yīng)用的軟釬焊技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，而電子組裝行業(yè)中應(yīng)用的軟釬焊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由IPC，EIA等組織來制定。根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)化行業(yè)歸口問題，現(xiàn)主要概述與SAC/TC55/SC2相關(guān)的AWS情況。

AWS制定釬焊標(biāo)準(zhǔn)時由內(nèi)部專門的技術(shù)委員會負(fù)責(zé)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)類別如基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、填充材料、工藝評定、工藝規(guī)程和教育培訓(xùn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)化工作分工，具體情況見表2。

中國標(biāo)準(zhǔn)化工作的主管機構(gòu)是國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會[3]（SAC），SAC下設(shè)近600個專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會和工作組進(jìn)行各領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作。中國焊接領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)歸口管理機構(gòu)是全國焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會SAC/TC55，秘書處設(shè)在哈爾濱焊接研究院有限公司，下設(shè)3個分技術(shù)委員會，其中SAC/TC55/SC2負(fù)責(zé)歸口管理釬焊領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作，見表3。

2.2 國際釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)

國際釬焊標(biāo)準(zhǔn)主要是ISO與IEC標(biāo)準(zhǔn)。ISO釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)主要是ISO 17672：2016《硬釬焊材料》和ISO 12224：1997《實心和藥芯軟釬料絲》。ISO 17672中規(guī)定銀釬料、銅基釬料、鋁基釬料、鎳基釬料和貴金屬釬料產(chǎn)品的形態(tài)、成分及技術(shù)要求。ISO 12224：1997中規(guī)定了藥芯軟釬料絲的分類要求，藥芯焊絲中的軟釬劑含量是關(guān)鍵的指標(biāo)。IEC 61190-1-2：2014《電子組裝中高質(zhì)量互聯(lián)用軟釬焊膏要求》中規(guī)定了電子組裝用軟釬焊膏的技術(shù)要求，IEC 61190-1-3：2007《電子級軟釬料合金要求》中規(guī)定了電子組裝用軟釬料合金（包含實心和藥芯軟釬料）的技術(shù)要求。

錫基軟釬焊材料主要應(yīng)用在電子組裝領(lǐng)域，電子組裝行業(yè)比較認(rèn)可的是美國IPC標(biāo)準(zhǔn)，IPC J-STD-005A：2012《軟釬焊膏要求》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了軟釬焊膏的技術(shù)要求，IPC J-STD-006B：2006《電子級軟釬料合金要求》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了電子組裝用軟釬料合金（包含實心和藥芯軟釬料）的技術(shù)要求。IPC標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于軟釬料粉的顆粒度、含氧量、以及軟釬劑含量的要求是關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

2.3 其它國家的釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)

AWS A5.8-2011《釬焊和釬接焊填充金屬的規(guī)范》中規(guī)定了銀釬料、銅基釬料、鋁基釬料、鎳基釬料和貴金屬釬料產(chǎn)品的形態(tài)、成分等技術(shù)要求。ASTM B32-2008《軟釬料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》中規(guī)定了錫基軟釬料的成分要求，ASTM B907-2009《鋅錫鎘基軟釬料》規(guī)定了鋅基、錫基和鎘基軟釬料的成分要求。

JIS Z 3284：2014《軟釬焊膏》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軟釬焊膏的技術(shù)要求，包括分類、釬料粉的表面狀態(tài)及粒度、釬焊膏的粘度特性和粘著性以及潤濕性和鋪展性等要求。JIS Z 3282：2006《軟釬料—化學(xué)成分和形態(tài)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軟釬料合金的化學(xué)成分和形態(tài)等要求。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要是修改采用ISO 17672：2016《硬釬焊材料》標(biāo)準(zhǔn)，同時制定了GB/T 20422—2018《無鉛釬料》標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 13679—2016《錳基釬料》標(biāo)準(zhǔn)，上述標(biāo)準(zhǔn)針對產(chǎn)品化學(xué)成分、雜質(zhì)含量、表面狀態(tài)及其工藝性能的試驗方法等進(jìn)行了規(guī)定。

3 釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)分析

隨著制造強國戰(zhàn)略、工業(yè)強基工程的推進(jìn)實施，裝備制造業(yè)獲得了廣泛的關(guān)注，焊接作為基礎(chǔ)制造工藝在高端裝備制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。2017年，國家標(biāo)準(zhǔn)委員會為貫徹落實《裝備制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量提升計劃》，加快推進(jìn)裝備制造業(yè)重點領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)化，持續(xù)提高產(chǎn)品、工程、服務(wù)的質(zhì)量水平、質(zhì)量層次和品牌影響力，推動國內(nèi)產(chǎn)業(yè)價值鏈從低端向中高端延伸，更深更廣融入全球供給體系，組織制定了《裝備制造業(yè)重點領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化工作計劃》。中國焊接標(biāo)準(zhǔn)委員會秘書處高度重視、認(rèn)真落實，積極推進(jìn)了中國焊接領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化工作，中國焊接/釬焊標(biāo)準(zhǔn)總體上轉(zhuǎn)化了ISO標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 常規(guī)釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)分析

針對釬焊材料市場主體需求的合金體系、常規(guī)形態(tài)的硬釬料、軟釬料等產(chǎn)品開展了一系列標(biāo)準(zhǔn)化研究，頒布實施的釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)對釬料主合金元素、雜質(zhì)元素含量、產(chǎn)品尺寸公差等技術(shù)指標(biāo)提出了明確的要求。硬釬焊材料雜質(zhì)元素含量要求見表4。軟釬料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中除了對釬料主合金元素、雜質(zhì)元素、粉狀釬料顆粒尺寸及規(guī)格提出要求外，針對RoHS指令和綠色制造的需求，明確提出了鉛含量應(yīng)不大于0.07%的要求。

3.2 高端釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)分析

隨著自動化、智能化及高端釬焊制品的需求，常規(guī)形態(tài)的絲狀、條狀、片狀、環(huán)等釬料產(chǎn)品已不能滿足市場需求，研發(fā)的藥芯釬料、藥皮釬料、膏狀釬料、預(yù)成型釬料等產(chǎn)品將具有較大的發(fā)展空間。在標(biāo)準(zhǔn)化研究方面，已發(fā)布實施了藥芯釬料和膏狀釬料相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，而藥皮釬料、預(yù)成型釬料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)還在研究中。

藥芯釬料產(chǎn)品除了對合金元素、雜質(zhì)元素及外觀尺寸公差等基本指標(biāo)要求之外，對釬焊工藝性能影響較大的釬劑含量、釬劑連續(xù)性和釬劑斷空質(zhì)量提出了明確的要求和試驗方法。GB/T 20422—2018《無鉛釬料》標(biāo)準(zhǔn)中提出，藥芯釬料中的釬劑含量與其公稱含量的偏差不應(yīng)大于±0.3%，斷空質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)小于1.5%。ISO 12224-1：1997《實心和藥芯軟釬料絲 第1部分：分類和性能要求》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對于釬劑公稱含量小于0.5%時，釬劑含量偏差不大于±0.15%，對于釬劑公稱含量大于等于0.5%時，允許釬劑含量偏差不大于±0.3%。ANSI/AWS A5.8《Specification for Filler Metals for Brazing and Braze Welding》標(biāo)準(zhǔn)中對粉狀硬釬料的顆粒度提出的要求見表5。針對膏狀釬料，IEC 61190-1-2：2014《電子組裝中高質(zhì)量互連用軟釬焊膏要求》和IPC J-STD-005A：2012《軟釬焊膏要求》標(biāo)準(zhǔn)具有代表性。軟釬焊膏質(zhì)量的影響因素包括合金粉規(guī)格、錫粉含氧量、釬劑類型及含量等。GB/T 20422—2018標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了錫粉類型及規(guī)格要求，與IEC 61190-1-2：2014，IPC J-STD-005A：2012標(biāo)準(zhǔn)一致，具體要求見表6。錫粉含氧量對軟釬焊膏潤濕性能具有重要的影響，GB/T 20422—2006《無鉛釬料》標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)中國錫粉行業(yè)的總體技術(shù)水平提出了錫粉含氧量要求（表7），這部分內(nèi)容在GB/T 20422—2018《無鉛釬料》標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)刪除，其原因是考慮到錫粉主要應(yīng)用于軟釬焊膏中，而從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)類別考慮將此部分內(nèi)容劃入正在研究的膏狀釬料標(biāo)準(zhǔn)中。

ISO，IEC，IPC，JIS等標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛頒布實施了藥芯、膏狀產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，針對藥皮釬料標(biāo)準(zhǔn)還是空白。中國正在開展藥芯、藥皮、膏狀等產(chǎn)品方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作，預(yù)計至2022年將完成有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化工作，以引領(lǐng)中國高端釬料產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用。

4 結(jié)論

（1）中國釬焊材料仍以傳統(tǒng)的絲、條、帶為主，膏狀、BGA球等高端釬焊材料仍以進(jìn)口為主，國產(chǎn)化仍需要一個過程。

（2）針對市場主體需求，中國已建立了較完善的硬釬焊材料和軟釬焊材料標(biāo)準(zhǔn)體系。

（3）針對自動化/智能化釬焊制造需求，藥芯、藥皮、膏狀等高端釬料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是未來標(biāo)準(zhǔn)化工作重點。

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