无铅焊料特性及应用研究

3.关于无铅焊锡要求 .专利权 .合适的熔接温度 ＜260℃的PCB回焊、波焊温度 .良好的润湿性 .氮气可以不使用 .加工性 锡丝制造等 .适当之Creep .适当焊接强度 .良好的耐热性 .焊接性能 空洞、桥连 .环保 不破坏环境、毒性 .价格低廉 价格=Sn/Pb
3.无铅焊锡之进程 1.从纯锡到Sn/Ag/Cu 2.各种无铅焊锡之优缺点 3.无铅焊锡Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5与Sn63/Pb37共晶焊锡特性比较 4.温度与热 5.无铅化焊锡选择 6.结论
但是从经济方面考虑，则予以用在波峰焊接中，因为其润湿性和纯锡相 近，不是很好，故较难期待能有效通过“导通孔”，而仅适用于单面板。
粗大的Cu6Sn5结晶形成于焊锡内，也是机械性能劣化的主要原因，促使 Cu6Sn5结晶的细化，可加入Ag、Ni。Au等第三元素。
高温置放，结晶体也不会粗化，故Sn/Ag耐热性特优。 .Ag含量增加， Ag3Sn颗粒粗化且分散于β-Sn中，成为微细的网状结构 .但当Ag＞4%时，机械性能开始劣化， Ag3Sn结晶粗化成＞10μm，此尺寸
约等于龟裂大小。因此，性能度较高的合金组织，因避免结晶粗化成 ＞10μm。
（1）Bi的添加
（4）Zn的添加
在Sn/Ag无铅系统中，Zn的加入可以使结晶颗粒微细化，增加强度与 Creep特性，另一方面此合金表面容易形成氧化膜，促使润湿性降低， 焊接难度增加。
2.2.2Sn/Bi合金系统的组织与性质
依据相图判断，Bi ＜2%时虽应该不会产生共晶组织，但是，Bi极易在 Sn中产生“偏析”。Bi即使是在低浓度的环境中，也容易出现共晶组 织。此即固、液相线温差，在焊料冷却时会产生“凝固偏析”现象。 在80℃时是十分安定的合金组织，超过140℃，Bi即形成极端粗化，变 脆，这是因为于139℃共晶反应，这很难从相图直接了解原因。
Sn/Ag/Cu/Sb
2.降温
2.各种焊锡之优缺点
2.2பைடு நூலகம்铅焊锡组织与机械特性
2.2.1 Sn/Ag合金系统的组织与性质。
.Sn/Ag合金因为有微细组织，所以机械性特佳，而焊接性也佳 .Sn/Ag3.5为此系列之共晶合金.此合金具有1μm以下的 Ag3Sn，扩散于β-Sn，
成为强化合金，而Ag是无法完全熔入Sn中。 . Ag3Sn是稳定化合物，因为Ag是无法完全熔入Sn中，一旦形成Ag3Sn，于
.有毒性重金属 .危害环境，也危害人类 .血液中含有25mg/dl引起中毒
2.无铅焊锡与纯锡比较 1.无铅焊锡之定义 1.1铅含量≦1000PPM（0.1%）依据SONY SS00259 1.2纯锡 A级99.8%以上 1.3纯锡 A级99.9%以上 成本？
2.无法用纯锡代替无铅焊锡原因 2.1熔点较高 2.2润湿性较差 2.3Tin pest β锡（13.2℃）-α锡（1℃） 2.4Whisker
Sn/Zn合金与Sn/Pb合金的熔点最接近，机械特性最佳且具有经济价值。 是无铅化最值得期待的合金。Sn与Zn几乎不互熔，会呈分离现象。Zn 成较大的板状结晶，不像Bi脆，所以机械特性不会极端劣化
Sn/Zn合金系统在空气中极易氧化，故润湿性不佳
Sn/Zn合金系统和Cu的界面组织，与其他的合金系统截然不同。在形成 Cu-Zn化合物的界面，要特别注意高温的安定性，此为与其他界面化 合物的不同。
一.无铅焊锡简介
1.铅之利于弊 2.无铅焊锡与纯锡比较 3.无铅焊锡之进程 4.微量元素
----Bi、Ni、Cu、Ag之影响与目的 5.无铅焊锡之特性简介 6.关于无铅制程氮气中焊接
1.铅之利于弊 利
.与锡混合降低熔点 .与锡混合提供连续性的熔点范围 .降低锡与锡合金间的表面张力，提高流动性 .氧化速度较锡低 .甚至极少量可避免α-Sn形成 .价格低廉 .软钎料中运用广泛 弊
（2）In的添加
可期待熔点降低，其添加量与熔点关系如下
In的添加为6%时，熔点降低10℃。另外，强度虽可增加，但延伸率却几 乎没有什么变化。3%时，Creep特性最佳。
In属稀少金属，但因物性佳，不失为无铅焊锡的“过渡合金”选择
（3）Cu的添加
Sn/Ag/Cu是目前最标准的无铅焊锡
下表则是国外不同的单位用不同的方式测出不同Sn/Ag/Cu成分之共晶焊 锡
此合金系统另一个问题点是：Bi的析出是较为粗大，因为Bi较脆，析出 粗大的IMC也具有同等性质，故延展性降低。微量的Bi 于Sn/Ag合金系 统添加，强度可以增加，但若量多则会引发负作用。 为增强此合金系统的延展性，Sn-58Bi共晶组成可添加1%的Ag。
2.2.3 Sn/Zn合金系统的组织与性质
1.从纯锡到Sn/Ag/Cu
Sn100%
Sn96.5/Ag3.5 润湿性差，波焊性差，但有长时间使用经验
Sn99.3/Cu0.7 润湿性差，机械性差，表面凹凸但廉价
Sn/Ag/Cu
加Ag于Sn/Cu：1.降低Cu熔解速度
2.增加润湿性
3.增加抗热疲劳
Sn/Ag/Cu/Bi或 加Bi或Sb于Sn/Ag/Cu：1.增加润湿性
.多少会对Ag3Sn的结晶形态发生变化，Bi会在共晶部分产生偏析，且 Ag3Sn结晶会有粗化倾向，故熔点随之改变。
.Bi的含量增加，虽可期待提高润湿力，但仍需充分考虑机械性质和信耐 度的考虑
一般依据机械疲劳、热疲劳的条件，因为Bi的增加会产生反效果。特别 是在Sn/Pb表面处理过的界面产生影响。当Bi＞6%时，特别明显。
由相图o点（Bi=10%）冷却，遇液相线A点，判断A点析出固相组成为B 点所示成分，Bi浓度比初期O点甚低，相对此时，溶液中Bi浓度较高。 连续的固液相变化，液相中Bi的浓度越来越高最后达到共晶组成。从 实际经验，即使是Bi=2%合金，在冷却阶段，遇139℃即产生共晶反应， 此为引发”龟裂”的最大原因。
放于高温保持，Cu-Zn界面化合物层会被打开，Sn往铜中扩散，形成SnCu化合物层。如是混乱的界面构造，导致强度劣化，对于此现象，可 于Cu侧施于Ni/Pd/Au、 Ni/Au等镀层。
2.2.4 Sn/Cu合金系统的组织与性质
Sn/Cu合金的共晶组成为：Sn/0.75Cu，熔点227℃，因为熔点较高，所 以在回流焊时温度会超过250℃，较难使用。