对不同的基板, sn--zn 基无铅焊料与基板间的 IMC 也不一样。当基板为 Cu 基板时, Sn 一 9Zn 一 0 . 5Ag 焊料与基板问的 IMC 主要是 Cu6Sns 、 CusZn8 、 Ag3Sn 。而当焊料为 Sn 一 9Zn--In 系焊料,其于 Cu 板间的 IMC 主要是 Cu6Sn5 和 CuSZn8 。
Zn 结晶成比较人的板状,但是因为不像 Bi 那样脆,不会使机械性能明显劣化。 Zn 虽然比较容易腐蚀和氧化,若往合金中添加 Ag ,可以提高合金的抗腐蚀性,在焊接时,合金处于熔融状态, Zn 极易氧化成氧化锌,导致焊接缺陷,若在合金中掺入 P ,则在焊接时, P 会在熔融的合金表面形成一层薄膜,从而阻止焊料直接接触周围的空‘ ( 而达到防止氧化的日的。当 P 的质量分数少于 0 . 001 %时,防氧化性能就不明显了,当 P 的质量分数超过 l %时,会导致合金的可焊性变差。
Sn~Zn 焊料的优点为: (1) 熔点接近 Sn---Pb 共晶焊料的熔点,如共晶 Sn--Zn 合金的熔点 189'C , 82Sn / 8Zn / 10Bi 合金的熔点 186'(2 ~ 188'C : (2) 延展性大体与 Sn---Pb 共晶焊料相同; (3) 抗伸强度和蠕变性比 sn--Pb 共晶焊料优越: (4) 成本低,毒性小。在 Sn--Zn 焊料中加入 Ag 时,当 L)(AS) ≤ 1 . 5 %, Ag 的加入对熔点影响极小且能提高焊点的机械性能及防腐蚀性,而在 sn--zn 焊料中加人 cu ,则有利于提高合金的机械强度。往 sn---zn 中加入 Bi 能够降低熔点,增大硬度,提高润湿性,提高抗拉强度剪切强度和延伸率,但使 sn---zn 合金脆性增大,塑性变差,不应该添加过多。现在一般添加质量分数为 3 %的 Bi ,但是正在努力进一步减少 Bi 量。添加 Bi 使共晶点向低刀 1 侧迁移,这与 sn ——/\ S 类似。而添加 h 也能够提高浸润性,但同时降低了延展性和抗腐蚀性.
SII'--"ZII 无铅焊料存在的主要问题是焊料的润湿性较差和在焊接过程中容易氧化,粒晶腐蚀 和焊膏的保存稳定性及其耐热性等。其解决办法是或在焊料中加入还原性极强的元素,如 P ,或在 N ,保护下进行焊接或添加一些其它合金改变组织成分提高润湿性,如 Bi 。还有人提出添加微量的厶 1 来抑制氧化等方案。
1 . 3Sw--Bi 系
在 sn 合金里添加 Bi 的焊料,可以制备从共晶点的 139'(2 ~ 232'(2 的熔化温度范围非常宽的合金。该合金不形成化合物,并且共晶成分形成单纯的共晶组织。 sn 一 58 % Bi 共晶合金应用于主板封装已经超过 20 年。 —
Srr--Bi 合金的微观结构是典型的层状共品组织,在亚共品区 ( 富 Sn) ,合金的微观结构为共晶组织基体上析出不规则富 Sn 相:在过共品区 ( 富 Bi) ,合金的微观结构为共品组织基体上出块状富 Bi 相。 Sn--Bi 合金的共品相图如图 4 所示。