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無鉛錫條

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金屬及合金選擇(無鉛錫條)

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金屬及合金選擇(無鉛錫條)

發布日期:2015-05-13 00:00 來源:http://www.eoncosurg.com 點擊:

在各種候選無鉛合金(無鉛錫條)中,錫(Sn)都被用作基底金屬,因為它成本很低,貨源充足,并具備理想的物理特性,如導電/導熱性和潤濕性,同時它也是63Sn/37Pb合金的基底金屬。通常與錫配合使用的其它金屬包括銀(Ag)、銦(In)、鋅(Zn)、銻(Sb)、銅(Cu)以及鉍(Bi)。

之所以選擇這些材料是因為它們與錫組成合金時一般會降低熔點,得到理想的機械、電氣和熱性能。表1列出了各種金屬的成本、密度、年生產能力和供貨方面的情況,另外在考察材料的供貨能力時,將用量因素加在一起作綜合考慮得出的結果會更加清晰,例如現在電子業界每年63Sn/37Pb的消耗量在4.5萬噸左右,其中北美地區用量約為1.6萬噸,此時只要北美有3%的裝配工廠采用含銦20%的錫/銦無鉛合金,其銦消耗量就將超過該金屬的全球生產能力。

近5年來業界推出了一系列合金成分建議,幷且對這些無鉛替代方案進行了評估。備選方案總數超過75個,但是主要方案則可以歸納為不到15個。面對所有候選合金,我們采用一些技術規范將選擇縮到一個較小的范圍內便于進行挑選。

無鉛錫條

銦可能是降低錫合金熔點的Z有效成分,同時它還具有非常良好的物理和潤濕性質,但是銦非常稀有,因此大規模應用太過昂貴?;谶@些原因,含銦合金將被排除在進一步考慮范圍之外。雖然銦合金可能在某些特定場合是一個比較好的選擇,但就整個業界范圍而言則不太合適,另外差分掃描熱量測定也顯示77.2Sn/20In/2.8Ag合金的熔點很低,只有114℃,所以也不太適合某些應用。(高溫錫條)

鋅非常便宜,幾乎與鉛的價格相同,并且隨時可以得到,同時它在降低錫合金的熔點方面也具有非常高的效率。就鋅而言,其主要缺點在于它會與氧氣迅速發生反應,形成穩定的氧化物,在波峰焊過程中,這種反應的結果是產生大量錫渣,而更嚴重的是所形成的穩定氧化物將導致潤濕性變得非常差。也許通過惰性化或特種焊劑配方可以克服這些技術障礙,但現在人們要求在更大的工藝范圍內對含鋅方案進行論證,因此鋅合金在今后考慮過程中也會被排除在外。

鉍在降低錫合金固相溫度方面作用比較明顯,但對液相溫度卻沒有這樣的效果,因此可能會造成較大的固液共存溫度范圍,而凝固溫度范圍太大將導致焊腳提升。鉍具有非常好的潤濕性質和較好的物理性質,但鉍的主要問題是錫/鉍合金遇到鉛以后其形成的合金熔點會比較低,而在元件引腳或印刷電路板的焊盤上都會有鉛存在,錫/鉛/鉍的熔點只有96℃,很容易造成焊點斷裂。另外鉍的供貨能力可能會因鉛產量受到限制而下降,因為現在鉍主要還是從鉛的副產品中提煉出來,如果限制使用鉛,則鉍的產量將會大大減少。盡管我們也能通過直接開采獲取鉍,但這樣成本會比較高?;谶@些原因,鉍合金也被排除在外。

四種和五種成分合金由四種或五種金屬構成的合金為我們提供了一系列合金成分組合形式,各種可能性不勝枚舉。與雙金屬合金系統相比,大多數四或五金屬合金可以大幅降低固相溫度,但對降低液相溫度卻可能無所作為,因為大部分四或五金屬合金都不是共晶材料,這意味著在不同的溫度下會形成不同的金相形式,其結果就是回流焊溫度不可能比簡單雙金屬系統所需的低。

另外一個問題是合金成分時常會發生變動,因此熔點也會變,這在四或五金屬合金中會經常遇到。由三種金屬組成的合金很難在焊錫膏內的錫粉中實現“同批”和“逐批”一致,在四種和五種金屬組成的合金中實現同樣的一致性其復雜和困難程度更大。(有鉛焊料)

所以多元合金將被排除在進一步考慮范圍之外,除非某種多元合金成分具有比二元系統更好的特性。但就目前來看,業界還沒有找到哪種四或五金屬合金比二元或三元替代方案更好(無論在成本上還是性能上)。


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