SMT課堂 | 錫膏中為什么要加入微量金屬？

到目前為止，錫仍然被認(rèn)為是最佳的焊接材料。即使如今最受歡迎的無(wú)鉛錫膏也是由錫構(gòu)成的，唯一的不同在于其不含鉛。

純錫的熔點(diǎn)是231.9攝氏度，這個(gè)溫度對(duì)于電路板組裝中的焊接是不合適的，因?yàn)橛行╇娮釉骷荒芙邮苋绱烁叩臏囟?。因此，純錫粉末中需要加入一些微量金屬，例如銀（Ag），銦（In），鋅（Zn），銻（Sb），銅（Cu），鉍（Bi）等，當(dāng)然，錫仍然是錫膏的主要成分。隨著微量金屬加入到純錫粉末中，錫膏的熔點(diǎn)就會(huì)降低至電路板組裝可以接受的程度，這樣既有利于量產(chǎn)，又可以節(jié)省能源。

錫膏中加入微量金屬的另一個(gè)目的在于提升焊球的質(zhì)量，比如其韌性或者強(qiáng)度，這樣焊接之后的焊球便能在各個(gè)方面達(dá)到完美，包括機(jī)械性、電性和熱力性能。

這樣，我們不難理解含鉛錫膏的大部分是由Sn63Pd37構(gòu)成的原因了。加入Sn63Pd37的錫膏熔點(diǎn)為183攝氏度，該溫度比純錫的熔點(diǎn)低很多。對(duì)于無(wú)鉛錫膏來(lái)說(shuō)，如果加入一些SAC305，錫膏的熔點(diǎn)可以低至217攝氏度；如果加入一些SCN，熔點(diǎn)可以將至227攝氏度。無(wú)論是217攝氏度還是227攝氏度，都比純錫的熔點(diǎn)，231.9攝氏度要低，更有利于電路板組裝中焊接的完成。

兩種高熔點(diǎn)金屬按照一定比例混合在一起之后，合金的熔點(diǎn)反而下降，這是為什么呢？事實(shí)上，混合之后，合金的化學(xué)性質(zhì)變化了，這并不是我們討論的重點(diǎn)，在此不再贅述。

可以加入錫膏中使焊接變得更方便進(jìn)行的微量金屬有很多，那么接下來(lái)，我們就來(lái)了解一下加入每種金屬之后的功能。

● 銀（Ag）

  一般說(shuō)來(lái)，向錫膏中加入銀的目的是提升焊接的潤(rùn)濕性，強(qiáng)度和抗疲勞性，而且，錫膏能夠通過(guò)冷熱循環(huán)測(cè)試。但是，如果加入太多的銀（通常超過(guò)4%），焊球反而會(huì)變得脆弱。

● 銦（In）

  銦金屬可能是使混合后的金屬合金熔點(diǎn)變得最低的一種金屬了。52In48Sn的最低熔點(diǎn)可以低至120攝氏度，77.2Sn/20In/2.8Ag的熔點(diǎn)可以低至114攝氏度。在一些情況下，低熔點(diǎn)的焊料往往由于其良好的物理特性和潤(rùn)濕性，成為一個(gè)好的選擇。不過(guò)，銦金屬是稀有金屬，所以?xún)r(jià)格十分昂貴。因此，銦很難大規(guī)模使用。

● 鋅（Zn）

  因?yàn)殇\十分普遍，所以其采購(gòu)價(jià)格低廉，這一點(diǎn)和鉛類(lèi)似。雖然鋅錫的熔點(diǎn)比純銀的熔點(diǎn)低，但是焊接的效果沒(méi)有不同。但是，鋅有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，那就是它很容易和空氣中的氧氣反應(yīng)，生成氧化物。該氧化物會(huì)降低焊接的潤(rùn)濕性，很多鋅會(huì)飛濺出來(lái)，焊接質(zhì)量下降。

● 鉍（Bi）

  鉍在降低金屬合金熔點(diǎn)方面表現(xiàn)優(yōu)異。合金Sn42Bi58的熔點(diǎn)為138攝氏度，Sn64Bi35Ag1的熔點(diǎn)是178攝氏度。錫，鋅和鉍合金的熔點(diǎn)可以低至96攝氏度。金屬鉍在焊接潤(rùn)濕性以及物理性質(zhì)方面表現(xiàn)優(yōu)異。在無(wú)鉛焊接流行后，人們對(duì)鉍金屬的需求顯著上升，鉍主要應(yīng)用于不能承受高溫焊接的產(chǎn)品上，錫鉍合金的最大缺點(diǎn)是脆性以及強(qiáng)度不足，這就是為什么要加入一點(diǎn)銀來(lái)提高強(qiáng)度和抗脆性。

● 鎳（Ni）

  在焊料中加入鎳不是為了降低熔點(diǎn)。畢竟，與鎳錫合金相比，純錫的熔點(diǎn)更低。加入一些鎳只是為了防止銅基板在焊接過(guò)程中溶解。我們?cè)诓ǚ搴附舆^(guò)程中要尤其使用鎳，防止OSP板發(fā)生“咬銅”現(xiàn)象，這樣，包含SnCuNi（SCN）合金的焊接棒便可以應(yīng)用在波峰焊接中了。

● 銅（Cu）