錫(Sn)是一種常見的低熔點金屬,無毒害,延展性鉛板好,常溫下物理化學性質都相當穩定,能抗有機酸腐蝕,與諸多金屬生成化合物。傳統焊錫多以錫鉛為主要成分,這種材料以其熔點低、焊接性能好、價格優惠而成為一種經典產品被使用至今。但鉛的大量使用會給人類和環境帶來極大的危害,日本、歐盟、美國、中國等國家和地區都積極立法限制鉛的使用。

  國內外對於焊錫粉的研究主要集中於顆粒粒度及其尺寸分布、抗氧化性、多元合金不同成分配比以及添加微量元素的作用等方面。對於助焊劑則主要集中於成分及其比例、擴展率、粘性、腐蝕性等方面。

  1、高溫無鉛焊錫膏

  1) Sn-Ag(-Cu)系

  Sn-Ag系共晶成分為Sn3。5Ag,共晶點為221℃。此系列發展最成熟的是Sn-Ag-Cu鉛條 (SAC)系,Sn3Ag0。5Cu(SAC305)無鉛焊錫是此系列的經典產品。這種合金具有優良的物理性能和高溫穩定性,其焊接後的連接強度與傳統錫鉛共晶焊錫相同,甚至更高。在剛剛開始推行無鉛化時,大多數廠商都會選擇SAC305。由於Ag價格的不斷攀升,各機構都在致力研究含Ag在1%以下的低銀焊錫膏。

  2004年,含Ag為0%~8%,Cu為0%~5%的SAC焊錫,此焊料可以滿足回流溫度但無法消除立碑效應。2006年,Ag為0。3% ~0。4%的Sn-Ag-Cu-P焊錫,其聲明具有和SAC305相同的可焊性、導電性、力學性能、並且可減少Ag與酸堿反應帶來的毒性問題。2010年,一種Sn-Ag基焊料,Ag含量為0。2%~1。0%,並添加微 量的Sb、Cu或Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Mo或P、Ga、Ge。添加這些元素可以提高其機械強度,但若添量過高則合金的液相溫度也會隨之升高。

  Koki研制的低銀焊錫膏組分為Sn0。1Ag0。7Cu0。03Co,熔點為217~227 ℃。銀添加量的減少,使得產品市場波動性降低。鈷可防止由熱循環導致的組織變化,可保持組織致密,抑制時效性金屬間化合物的偏析及凝聚,成本比SAC305減少10%~20%。Genma開發的低成本無銀焊錫其組分為Sn0。7Cu0。03Ni0。01Co0。005Ge,熔化溫度為226~228℃,添加鎳和鈷可以提高焊錫的強度和可靠性,其成本比SAC305減少54%。

  2)Sn-Cu系

  Sn-Cu的共晶成分為Sn0。7Cu,共晶溫度高達227 ℃。由於Cu和Sn合金是以兩種金屬間化合物Cu6Sn5(η)和Cu3Sn(ε)的形態分散在Sn中。 Cu6Sn5為良性合金層,呈球狀結晶,強度高,是焊點電接觸性能和強度的根本保證;而Cu3Sn是劣性合金層,它位於銅層與Cu6Sn5之間,呈骨針狀結晶,脆性,直接影響到焊點的電接觸和強度性能,並會造成不潤濕現像。

  目前對此合金系的改性主要表現在添加微量的Ni、Ag、Bi等,用於增加焊料的流動性及其機械性能。此款焊料的優點是價格便宜,且可以抑制焊料工作時對PCB焊盤Cu層的浸析。

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