几种实用的无铅焊料
发布时间:2012/10/8 19:29:00 访问次数:2498
Sn-Ag合金是人们早期就已熟悉NCP1378DR2的高温焊料,它具有较好的焊接性能,早期就开始用在厚膜技术中,曾在20世纪80年代初用在双面再流焊的第一面再流工艺上。但由于焊接温度高,故未能广泛应用。随着无铅焊料的推广,人们又重新认识和研究SnAg合金,并对它进行改进,Sn-Ag合金的相图如图8.1所示。
Sn-Ag相图为包晶型相图,Sn、Ag不能像Sn-Pb合金那样以任意比例互溶,这与Sn、Ag的元素在元素周期表的位置相距太远有关。Ag是第47号元素,也是第V周期中的过渡元素,它们熔点是961℃,密度大,原子半径为144×1 0-6mm,而Sn是第Ⅳ主族元素,原子半径为162×10-6111111,因此Sn-Ag的互融度远远不及Sn-Pb的互融度。若从电极电位来看,298K下的标准电极电位见表8.1。
从表8.1中可以看出Sn、Ag的电极电位差最大,事实上,Sn、Ag互熔后两个金属会生成“Ag3Sn”的金属间化合物(IMC),因此说Sn-Ag的组织是“金属化合物”,即以“Ag3Sn”的形式分散在母相Sn中。图8.1中E点是Sn、Ag的共晶点,此点的成分是Sn为96.5%,Ag为3.5%,合金的熔化温度为221℃,凡是成分在E点左侧(Ag<3.5%)的合金称为亚共晶合金,在E点右侧(Ag>3.5%)的称为过共晶合金,两者的区别在于从液相到共晶转变温度之间,亚共晶合金要先结晶出Sn晶体;过共晶合金要先结晶出Ag3Sn晶体,因而它们的室温组织分别为( Sn+Ag3Sn)和(Ag3Sn+Ag),反之这些合金成分的熔化温度均会高于221℃,显然它们不能作为电子装联的焊料使用。
通过对Sn-Ag合金的金相组织进一步研究,“Ag3Sn”能均匀地分散在母相Sn中,并构成环状结构,它们的组织金相图如图8.2所示。
图8.2中的白色微粒为Ag3Sn,粒径在1Um以下,这些白色微粒晶体构成环状,并均匀地分散在Sn母相中,若随着Ag的含量增加,达到3.5%以上,则Ag3Sn的晶粒会出现化现象,以致出现针状结构,此时合金受外力作用时易出现龟裂现象。常温下,Sn-3.5Ag的抗拉伸强度接近Sn-37Pb合金,但Sn-3.5Ag焊料经高低温冲击后就能显示出它的抗疲劳特性,因为Ag3Sn晶粒均匀地分散在整个体系中,从而有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。近几年来,通过对Sn-3.5Ag酌改进性研究,发现通过添加少量或微量的Cu、Bi、In等元素,可以降低合金的熔点,并且润湿性和可靠性可以得到提高,特别是Cu的加入,焊料在波峰焊时可以有效地减少对PCB焊盘上Cu的溶蚀,这一发现为无铅焊料走向实用化起到关键性突破作用。
Sn-Ag合金是人们早期就已熟悉NCP1378DR2的高温焊料,它具有较好的焊接性能,早期就开始用在厚膜技术中,曾在20世纪80年代初用在双面再流焊的第一面再流工艺上。但由于焊接温度高,故未能广泛应用。随着无铅焊料的推广,人们又重新认识和研究SnAg合金,并对它进行改进,Sn-Ag合金的相图如图8.1所示。
Sn-Ag相图为包晶型相图,Sn、Ag不能像Sn-Pb合金那样以任意比例互溶,这与Sn、Ag的元素在元素周期表的位置相距太远有关。Ag是第47号元素,也是第V周期中的过渡元素,它们熔点是961℃,密度大,原子半径为144×1 0-6mm,而Sn是第Ⅳ主族元素,原子半径为162×10-6111111,因此Sn-Ag的互融度远远不及Sn-Pb的互融度。若从电极电位来看,298K下的标准电极电位见表8.1。
从表8.1中可以看出Sn、Ag的电极电位差最大,事实上,Sn、Ag互熔后两个金属会生成“Ag3Sn”的金属间化合物(IMC),因此说Sn-Ag的组织是“金属化合物”,即以“Ag3Sn”的形式分散在母相Sn中。图8.1中E点是Sn、Ag的共晶点,此点的成分是Sn为96.5%,Ag为3.5%,合金的熔化温度为221℃,凡是成分在E点左侧(Ag<3.5%)的合金称为亚共晶合金,在E点右侧(Ag>3.5%)的称为过共晶合金,两者的区别在于从液相到共晶转变温度之间,亚共晶合金要先结晶出Sn晶体;过共晶合金要先结晶出Ag3Sn晶体,因而它们的室温组织分别为( Sn+Ag3Sn)和(Ag3Sn+Ag),反之这些合金成分的熔化温度均会高于221℃,显然它们不能作为电子装联的焊料使用。
通过对Sn-Ag合金的金相组织进一步研究,“Ag3Sn”能均匀地分散在母相Sn中,并构成环状结构,它们的组织金相图如图8.2所示。
图8.2中的白色微粒为Ag3Sn,粒径在1Um以下,这些白色微粒晶体构成环状,并均匀地分散在Sn母相中,若随着Ag的含量增加,达到3.5%以上,则Ag3Sn的晶粒会出现化现象,以致出现针状结构,此时合金受外力作用时易出现龟裂现象。常温下,Sn-3.5Ag的抗拉伸强度接近Sn-37Pb合金,但Sn-3.5Ag焊料经高低温冲击后就能显示出它的抗疲劳特性,因为Ag3Sn晶粒均匀地分散在整个体系中,从而有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。近几年来,通过对Sn-3.5Ag酌改进性研究,发现通过添加少量或微量的Cu、Bi、In等元素,可以降低合金的熔点,并且润湿性和可靠性可以得到提高,特别是Cu的加入,焊料在波峰焊时可以有效地减少对PCB焊盘上Cu的溶蚀,这一发现为无铅焊料走向实用化起到关键性突破作用。
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