大多数封装技术人员都知道锡相变这“另一个”问题，在实验中，锡冷却至13℃时会发生相变，但是这个问题从来就没有得到足够的重视。据报道，相变的结果可以使原有的锡碎裂为暗的、粉状的材料。这个相变不是迅速的、自发地产生，而是可能要经历数年后才开始。半导体业界已经开始对此问题提出疑问，一些锡处理专家已经报道了在纯锡镀层中产生的锡相变，所以还有许多东西需要研究。 /WO~oyS?
通常，白锡（ β相） 在冷却至13℃以下时会发生结晶相的相变（多型态相变或者同素异型相变），变成易碎的、α相的灰锡。如果Sn中有某些杂质存在，比如Al或Zn，会增强这种相变发生的趋势。更低的温度也会加速这种变化。在-30℃ 和 -40℃之间相变速率会达到最大值。也有报道称掺入一定量（可能只有0.1至0.5mass％）的合适材料，如Sb和Bi，可以抑制这个相变，或者会把相变开始的温度降至很低，使其已无关紧要，或者在此温度下本身就不能形成相变中所要求的原子重排。另一个产生易碎相的相变发生在161℃，但是电子组装中典型的快速冷却速率能避免这一相变的发生，使锡凝固时形成的是延展性的β相 从β相到α相的相变锡的摩尔体积会增加26%，这会使Sn碎裂。如果α锡保留了β锡的延展性，这种体积膨胀可能不会成为一个问题，但是α锡和其相邻的周期表IV族元素（C、Si、Ge、Sn、Pb）一样易碎。α锡的其它特性与其姐妹元素Ge和Si相类似：在相变时，金属的β锡相变为半导体的α锡，α相锡的晶体结构和硅一样是金刚石立方结构。相变时的膨胀使易碎的α相晶格产生很高的应力，使锡碎裂为暗的粉末。白锡是一种独特的材料，它的原子排列和一般金属材料不同，它是高度有序的锡四面体，具有方向性的键合，这是非金属共价键的特征。 9
锡棒在弯曲的时候会发出尖锐声音，这是由于在方向性键合的晶体结构产生应变所至。大多数被考虑用于电子市场的无铅焊料含有超过90mass％的锡，因为Ag和Cu在固态Sn中的溶解度低，锡－铜和锡－银－铜焊料几乎都是纯锡的基体相。2001年，英国Open大学Plumbridge报道了Sn-0.5Cu焊棒在-18℃下放2年后还会产生锡相变。在NEPCON 2004上，Plumbridge和Rist报道了在同样条件下Sn-3.8Ag-0.7Cu圆柱体焊料中也会发生锡相变，虽然相变的严重程度有所降低。 ` w; * ^
锡相变是否会在无铅电子产品中发生还需要证明。直到大约70年代中期，基于框架的电子元件通常还是采用Sn的电镀或浸镀，那时绝大多数锡的电镀液是添加铅来防止锡晶须的产生。 Qo2&M_j`I
现在，在网络上大范围地搜寻文献也找不到有关锡相变造成电子器件失效的报道，虽然已意识到目前的电子产品即使采用电镀Sn的元件也很少或几乎没有采用无铅焊料来组装。因为Sn层的组分、薄的Sn层、基体框架的基底效应、Sn的表面形态、Sn应力态、Sn的高纯度等因素可能都很重要，这些因素有可能产生与上述报道的大块体材料的结果不同的影响，也可能它们对测试棒这种体材料根本就不会产生影响。在大棒中的锡的β到α的相变可能会受到体金属中本身含有的低浓度的杂质、铸造时的残留应力、表面沾污、压模形成的表面形貌、冷却速率梯度等因素的影响吗？ 'N 4A]'
现在还没有迹象表明锡相变是一个很明显的问题。我相信业界不能因此而自满，应该通过开放的业界联盟的共同努力来解决这个问题，至少在马里兰大学（CALCE）有一项重要的研究正在进行中，今年将会有结果。
锡的“另一个”问题：锡相变
日期:2010-09-07 07:29 点击:522
