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焊锡丝 合金元素角色

不同的元素在焊锡丝合金中扮演不同的角色:

添加锑以增加强度而不影响润湿性。防止锡害。应避免使用锌,镉或镀锌金属,因为所得的接头很脆。

铋显着降低熔点并改善润湿性。在足够的铅和锡的存在下,铋形成熔点仅为95℃的Sn 16 Pb 32 Bi 52的晶体,其沿晶界扩散,并且在相对低的温度下可能导致接合失效。用铅合金预镀锡的高功率部件因此在用含铋的焊锡丝焊接时可以在负载下脱焊。这种接头也容易开裂。具有超过47%Bi的合金在冷却时膨胀,这可以用于抵消热膨胀不匹配应力。延缓锡须的生长。相对昂贵,可用性有限。

铜降低了熔点,提高了耐热循环疲劳性,并改善了熔融焊锡丝的润湿性。这也减缓了铜从板上溶出的速率,并减少了液态焊锡丝中的部分引线。形成金属间化合物。可以促进锡须的生长。在锡中过饱和(约1%)铜溶液可用于抑制BGA芯片的薄膜下凸点金属化,例如Sn 94 Ag 3 Cu 3的溶解。

可以将镍添加到焊料合金中以形成过饱和溶液以抑制薄膜下凸块金属化的溶解。

铟降低了熔点,提高了延展性。在铅的存在下,它形成了一个在114℃发生相变的三元化合物。非常高的成本(几次银),低可用性。容易氧化,这导致维修和返修的问题,特别是当不能使用氧化物去除助焊剂时,例如在GaAs裸片附着时。铟合金用于低温应用,并且用于焊接金,因为金在铟中的溶解量比锡中的少得多。铟也可以焊接许多非金属(如玻璃,云母,氧化铝,氧化镁,二氧化钛,氧化锆,瓷器,砖,混凝土和大理石)。容易扩散到半导体中,引起不希望的掺杂。在高温下容易扩散通过金属。蒸气压低,适用于真空系统。与金形成脆性金属间化合物;富含铟的厚金焊锡丝是不可靠的。铟基焊锡丝容易腐蚀,特别是氯离子的存在。

铅价格便宜,具有合适的性能。比锡更湿润。有毒,被淘汰。阻止锡须的生长,抑制锡害。降低铜和其他金属在锡中的溶解度。

银提供了机械强度,但比铅有更差的延展性。在没有铅的情况下,它可以提高热循环对疲劳的抵抗力。使用SnAg焊锡丝与HASL-SnPb涂覆的引线形成SnPb 36 Ag 2相,其熔点为179℃,移动到板 - 焊料界面,最后固化,并与板分离。 [6]向锡中添加银显着降低了银涂层在锡相中的溶解度。在共晶锡银(3.5%Ag)合金中,它倾向于形成Ag 3 Sn的小片,如果形成在高应力点附近,则可能成为裂纹的起始位置; 银含量需要保持在3%以下来抑制这样的问题。 

锡是该合金常用的主要结构金属。它具有良好的强度和润湿性。它本身就很容易发生锡害,锡的流失和锡须的生长。很容易溶解银,黄金,而且还有很多其他的金属,比如铜; 对于具有较高熔点和回流温度的富锡合金而言,这是特别关注的问题。

锌降低了熔点,成本低廉。然而,它对空气中的腐蚀和氧化非常敏感,因此含锌合金不适用于某些目的,例如波峰焊,含锌焊膏比无锌焊锡丝具有更短的保质期。可以形成与铜接触的脆性Cu-Zn金属间化合物层。 容易被氧化而损害润湿,需要合适的助焊剂。

锡基无铅焊锡丝中的锗影响氧化物的形成;在0.002%以下它会增加氧化物的形成。抑制氧化的最佳浓度为0.005%。

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