无铅焊料知识
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无铅焊料力学性能
电子装联中釺焊接头(或称焊点)不仅起到电连接(传输电信号)的作用,同时起到机械连接的作用,因此釺料合金须具备足够的力学性能。
结论:绝大多数无铅焊料的弹性模量、屈服强度、抗蠕变性能高于或相当于Sn-Pb焊料,但延伸率(即韧性)相对较低。
无铅焊料显微组织
与Sn-Pb共晶(富Sn相+富Pb相)的显微组织不同,常用无铅焊料的显微组织为富Sn相基体+SnCu或SnAg或SnAgCu金属间化合物。
Sn_Pb共晶 Sn_Ag共晶
Sn_Ag_Cu共晶Sn_Cu共晶
无铅焊料润湿性能
熔融态焊料合金在固态金属(如铜)表面的润湿与铺展是形成有效连接的必须条件。焊料合金的润湿性能有多种表达方式,润湿角是其中一种。润湿角越小,润湿性能越好。
结论:所有无铅焊料的润湿性能均低于Sn-Pb焊料。因此无铅焊接工艺中釺剂的选择非常重要。建议通过对不同焊剂进行充分测试来进行选择。
NCMS(美国国家制造科学研究中心)提出的无铅焊料性能的评价标准
性 能 可接受水平
液相线温度 <225℃
熔化温度范围 <30℃
润湿性(润湿称量法) F max>300μN,t0<0.6s,t2,3<1s 铺展面积 >85%的铜板面积
热机疲劳性能 >Sn/Pb共晶相应值的75%
热膨胀系数 <29ppm/℃
蠕变性能(室温下167小时内导致失效所需的应力值)>3.5Mpa
延伸率(室温,单轴拉伸) >10%
无铅焊料的品种和特点
分 类 规 格 熔点(o C) 特 点
Sn-Ag系列 Sn96.5-Ag3.5 221 Sn-Ag系列 Sn95-Ag5 221-245 Sn-Ag系列 其它合金比例 220-245
高强度,抗蠕变,力学性能良好,可焊性良好,热疲劳可靠性良好,最适宜用于含银件焊接
Sn-Cu系列 Sn99.5-Cu0.5 200-227
Sn-Cu系列 Sn99-Cu1.0 200-230 Sn-Cu系列 其它合金比例 200-230
熔点最高,力学性能略差,但制造成本低
Sn-Ag-Cu系列 Sn96.5-Ag3-Cu0.5 217
熔点低,其可焊性和可靠性比前者两系列
更好,应用较广泛
Sn-Sb系列 Sn95-Sb 232-240
Sn-Sb系列 Sn99-Sb 234
高强度,可焊性好Sn系列 Sn100 232 针对工艺品的焊接合金成份 熔 点 评 价
Sn/Cu0.7227℃
成本低、熔点高,润湿性差、毛细作用力小、疲劳特性差,可用于较低要求的焊接场所
Sn/Cu0.7/Ag0.3217-227℃
Sn/Cu系列合金,润湿性较Sn/Cu0.7好,但各项性能仍劣于Sn/Ag3/Cu0.5系列合金
Sn/Ag3.5221℃
成本较高,在用传统无铅焊料,有可能因为银相变化而无法通过可靠性试验
Sn/Ag3/Cu0.5-0.7 217-218℃
成本较高,各项性能良好,目前选用厂家最多的无铅焊料(据统计,超过60%的在用厂家使用此合金)
Sn/Ag2.5/Cu0.8/Sb0.5217℃
AIM专利产品,CASTIN®合金,各项性能良好,熔点较Sn/Ag3/Cu0.5更低,且更细晶格的合金
Sn/Ag4/Cu0.5-0.7 217-218℃
无专利问题,成本较Cu/Ag3/Cu0.5高,各项性能良好,目前在用无铅焊料
Sn/1.0Ag/4.0Cu217-353℃ 防止被Cu腐蚀,高温用
Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5Cu214-221℃ SnAgCuBi系推荐产品,属Oatey专利产品