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錫鉛合金的基本物理/化學特性
錫鉛合金的基本物理/化學特性
錫在常溫下耐氧化性好,是一種質地軟、延展性的低熔點金屬;鉛不但化學性能穩定,抗氧化、而腐蝕,而且是軟質金屬,塑造性、鑄造性、潤滑性好,很容易加工成形;鉛與錫有良好的互溶性,在錫中添加不同比例的鉛能組成高、中、低溫各種用途的焊料;特別是63Sn-37Pb共晶焊料,其導電性、化學穩定性、機械特性禾工藝性都非常優異,熔點低,焊點強度高,是一種極為理想的電子焊接材料,因此,63Sn-37Pb共晶錫鉛焊料是近一個世紀以來*主要的電子焊接材料。
1.密度
焊料合金的密度與合金組成成分的分子量禾體積百分數有關。無鉛焊料的密度比錫鉛焊料的密度低。Sn/Pb共晶合金的密度為8.5g/cm3,無鉛焊料Sn-3.0Ag-0.5Cn的密度為7.3g/cm3
2.相變溫度
冶金學上的相變溫度具有實際意義。從Sn/Pb合金二元金相圖中可以看出,在所有的Sn/Pb合金配比中,只有63SN-37PB合金配比有共晶點,所以63SN-37PB配比的SN/PB合金稱這共晶合金,對于SN/PB共晶合金的組分,國際上也有微量的差異,有的研究機構認為是62.7SN-37.3PB,有的研究機構(日本)訂為是61.9SN-38.1PB,目前大家都把63SN-37PB稱為共晶合金。
在應用中,人們認國液相線溫度等于熔點溫度,而固相線溫度等于其軟化溫度,對于給定的合金成份,在液相線和固相線之間的溫度范圍是液相和固相共存的范圍,被認為是塑性范圍或黏稠范圍。液相線溫度與固相線溫度相等的合金成分,稱為共晶合金,這個溫度稱為共晶點或共晶線。共晶合金在升溫時只要達到共晶點溫度,就會立即從固相變成液相;反之,冷卻凝固時只要降到共晶溫度,就會立即從液相變成固相;因此共晶合金在熔化和凝固過程中沒在塑性范圍。
合金凝固溫度范圍(塑性范圍)對焊接工藝性和焊點質量影響極大,塑性范圍大的合金,在合金凝固、形成焊點時需要較長時間、如果在合金凝固期間PCB和元器件有任何振動,都會造成“焊點擾動”,有可能會發生焊點開裂,使設備過早損壞。因此,選擇焊料合金時應盡量選擇共晶和近共晶合金。大多數冶金專家建議將液相線和固相線之間的溫度范圍控制在10度以內,同時,為了保證焊點*惡劣環境下工作的溫度,建議焊料合金的液相線溫度(熔點)應至少高于工作溫度上限值的兩倍。
3.電導率
電導率是物質傳送電流的能力,是電阻率的倒數,其單位MS/CM(毫西門子厘米)國際單位制中用%IACS表示,電導率越大則導電性能越強。焊料互連的電導率影響電信號的傳輸性能、因此,對于焊料而言,電導率電子連接的基本要求,當溫度增加時,電阻率(電導率的倒數)隨溫度的增加而增加,焊料的電阻率也受塑性變形量影響,電阻率隨塑性變形量的增加而增加、
從錫鉛合金的電導率中可以看出,相對于銅的電導率,錫鉛合金的電導率僅是銅的1/10,即它的導電能力比較差。但對于焊點來說,其電導率還與焊點本身的形狀禾面積有關,通常焊點應具有適當的形狀,且不應有空洞、深孔等缺陷,一般一個焊點的電阻通常在1-10歐姆之間。
4.熱導率
金屬材料的熱導率通常和它和電導率密切相關。熱導率高,導熱性好,焊料的熱導率隨溫度和增加而減小。
5.熱膨膨脹系數
Ctc一直是SMT關注和努力改進的問題。PCB、焊料、元器件的焊端或引線,在溫度的波動和電源開、關的情況下,CTE的不匹配將增加焊點上的應力和應變,縮短焊點的壽命,導致早期失效。
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