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无铅焊料的重要特性
[发布时间]:2011年1月19日 [来源]:电子变压器专辑 [点击率]:13195
【导读】: Keith Sweatman、Tetsuro Nishimura—Nihon Superior有限公司 在转而使用无铅焊料的过程中迫使电子业界思考:与以往相比,焊料的哪些特性更重要? ...

    在无铅焊接面,焊料侵蚀铜非常显著(图8)。

    对焊接设备的侵蚀性

    由于氧化银、镍和氧化铬之间的相互作用形成了不锈钢的“不生锈”(现象),无铅焊料由于含有少量的银,因此会对焊接设备造成侵蚀。为了控制含银的无铅焊料产生大量锡渣,在焊料中通常会加入磷,而在磷的作用下这种侵蚀的趋势更加恶化。图9是波峰焊夹板的腐蚀照片,它发生在采用低含银量锡银铜焊料的正常生产中。

    腐蚀的问题可以通过应用特殊材料、涂覆及表面处理加以控制,但是这样不仅增加成本,而且为此提供永久的解决方案也没有必要。无银焊料采用可在不锈钢设备中安全使用并防止锡渣产生的添加剂。

    焊料的稳定性

    新一代的“微合金”焊料是基于锡铜共晶合金并添加了镍、钴等高熔点金属元素所组成。如果(焊料)长期使用在熔融状态并保持相同的焊接条件,高熔点的合金相就不会溶解在熔融状态的焊料中。立方晶格式的钴锡合金在焊接温度下非常稳定,所以添加这样的微合金是不会改变焊料特性的。(图10)

    强度及延展性

    混合在锡铅焊料中锡和铅的合金相呈软态存在,而其合金相在无铅焊料中是呈硬态存在的。根据其结构及分布,合金相可增加焊料的屈服强度。虽然在锡银铜合金中的合金聚合物增加了焊料强度,但却减低了延展性(表2)。在某种情况下,强度增加虽然是优点,但其脆性的增加也导致无铅焊料在使用过程中遇到了很多可靠性问题。

    锡铅焊料的优点在于其延展性,也就是能耐受较大的应力。在电子组装中,由于应用宽范围及不同热膨胀系数的材料,所以会存在组件的相对移动。当不同材料组装在一起时,焊点就会遭受到应力的作用。如果应力可以被电路元件如元器件引脚的挠曲吸收,那么无铅的高应力焊点就会有更长的使用寿命。

    如果应力必须由焊料承担,那么加速脆化的发生就会造成焊点的早期开裂及失效。不含银的无铅焊料具有较低的强度及较高的延展性,也就是说,可以承受更大应力。在图11中统计的可靠性数据证实了焊点在承受高加速应力的作用下无银合金延展性的优势。

    冲击强度

    便携产品在跌落中,增加了焊点承受冲击载荷的可能。BGA测试在4000毫米/秒以上剪切速度作用下,不同无铅焊料的受力程度、断裂能量与剪切速度间的关系见图12。锡银铜合金在低能量高剪切速度作用下,呈现界面合金层(脆性)断裂的趋势,大体积合金在应力作用下呈现高应力敏感性。

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