在讨论无铅焊料之前,我们必须先来了解一下传统的Sn—Pb焊料。图1—1为Sn—Pb二元合金相图。纯Sn的熔点是232℃,纯铅的熔点是327℃,如表1—1所示,不同比例的Sn与Pb混合在一起,将形成具有不同熔化温度的焊料合金,其力学性能也有很大不同(见表1—2)。在Sn含量达到60~63wt%这一范围内,Sn—Pb之间可以形成共晶合金,其熔点仅为183℃.也就是说,Sn中加入Pb的第一个好处就是可以形成共晶合金,进而有效的降低熔点和所需的焊接温度,因此多年以来在电子组装行业应用最为广泛的就是Sn63—Pb40焊料合金。
表1~1 Sn—Pb焊料合金种类
组成/wt%
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熔化温度/℃
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比重/g.cm3
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ISO牌号
|
JIS牌号
|
GB/T牌号
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95Sn—5Pb
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183—224
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7.4
|
H95A,E
|
S—Sn95PbAA,A,B
|
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90Sn—10Pb
|
183—220
|
7.6
|
H90A,E
|
S—Sn90PbAA,A,B
|
|
65Sn—35Pb
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183—186
|
8.3
|
H65A,E
|
S—Sn65PbAA,A,B
|
|
63Sn—37Pb
|
183
|
8.4
|
S—Sn63Pb37
S—Sn63Pb37E
|
H63A,B,E
|
S—Sn63PbAA,A,B
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60Sn—40Pb
|
183—190
|
8.5
|
S—Sn60Pb40
S—Sn60Pb40E
|
H60A,B,E
|
S—Sn60PbAA,A,B
|
55Sn—45Pb
|
183—203
|
8.7
|
S—Sn55Pb45
S—Sn55Pb45E
|
H55A,B,E
|
S—Sn55PbAA,A,B
|
50Sn—50Pb
|
183—215
|
8.9
|
S—Sn50Pb50
S—Sn50Pb50E
|
H50A,B,E
|
S—Sn50PbAA,A,B
|
45Sn—55Pb
|
183—227
|
9.1
|
S—Sn55Pb45
|
H45A,B,E
|
S—Sn45PbAA,A,B
|
40Sn—60Pb
|
183—238
|
9.3
|
S—Sn60Pb40
|
H40A,B,E
|
S—Sn40PbAA,A,B
|
35Sn—65Pb
|
183—248
|
9.5
|
S—Sn65Pb45
|
H35A,B
|
S—Sn35PbAA,A,B
|
30Sn—70Pb
|
183—258
|
9.7
|
S—Sn70Pb30
|
H30A,B
|
S—Sn30PbAA,A,B
|
20Sn—80Pb
|
183—279
|
10.2
|
H20A,B
|
S—Sn20PbAA,A,B
|
|
10Sn—90Pb
|
268—301
|
10.7
|
S—Sn90Pb10
|
H10A,B
|
S—Sn10PbAA,A,B
|
8Sn—92Pb
|
280—305
|
10.9
|
S—Sn92Pb8
|
H8A
|
|
5Sn—95Pb
|
300—314
|
11.0
|
H5A,B
|
S—Sn5PbAA,A,B
|
|
2Sn—98Pb
|
316—322
|
11.2
|
S—Sn98Pb2
|
H2A
|
S—Sn2PbAA,A,B
|
Sn—Pb焊料合金中Pb的作用还表现在以下几个方面:
1. 有效降低合金表面张力,进而促进润湿和铺展:
2. 有效抑制锡的相变。纯Sn在冷却到13℃.的温度下会发生有白色的β相转变为灰色的α
相的相变。 而β—Sn具备体心四方晶体结构,而α—Sn具备金刚石立方体结构,这一相变将导致26%的体积增加,进而破坏结构完整性,导致俗称“(锡瘟)”的使用可靠性问题,但是,当纯Sn中含有一点点Pb(事实上,其它杂质元素,也可以起到相同作用)就可以有效的抑制上述相变的发生。
3. 由图1—1可见,当Sn—Pb合金中Pb含量在85~95wt%范围内时,Sn—Pb合金的熔点为300℃左右,这一成分的焊料也是目前在电子工业中广泛使用的高温焊料,特别是需要承受二次焊接场合。其最大的特点是该焊料的固相线之间温差小,因此其凝固与融化的温度区间较窄,从而有着良好的工艺性能。
表1~2 Sn—Pb合金的拉伸,剪切强度数据
合金成分
|
拉伸强度(psi)
|
剪切强度(psi)
|
Sn—95Pb
|
4190
|
3000
|
Sn—90Pb
|
4400
|
3780
|
Sn—85Pb
|
4700
|
4470
|
Sn—80Pb
|
|
4740
|
Sn—75Pb
|
5770
|
5310
|
Sn—70Pb
|
6140
|
5500
|
Sn—65Pb
|
6230
|
5590
|
Sn—62Pb
|
6285
|
5640
|
Sn—60Pb
|
6320
|
5680
|
Sn—55Pb
|
6400
|
5780
|
Sn—50Pb
|
6450
|
5870
|
Sn—Pb焊料合金中Pb的作用还表现在以下几个方面:
1. 有效降低合金表面张力,进而促进润湿和铺展:
2. 有效抑制锡的相变。纯Sn在冷却到13℃.的温度下会发生有白色的β相转变为灰色的α
相的相变。 而β—Sn具备体心四方晶体结构,而α—Sn具备金刚石立方体结构,这一相变将导致26%的体积增加,进而破坏结构完整性,导致俗称“(锡瘟)”的使用可靠性问题,但是,当纯Sn中含有一点点Pb(事实上,其它杂质元素,也可以起到相同作用)就可以有效的抑制上述相变的发生。
3. 由图1—1可见,当Sn—Pb合金中Pb含量在85~95wt%范围内时,Sn—Pb合金的熔点为300℃左右,这一成分的焊料也是目前在电子工业中广泛使用的高温焊料,特别是需要承受二次焊接场合。其最大的特点是该焊料的固相线之间温差小,因此其凝固与融化的温度区间较窄,从而有着良好的工艺性能。
表1~2 Sn—Pb合金的拉伸,剪切强度数据
合金成分
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拉伸强度(psi)
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剪切强度(psi)
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Sn—95Pb
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4190
|
3000
|
Sn—90Pb
|
4400
|
3780
|
Sn—85Pb
|
4700
|
4470
|
Sn—80Pb
|
|
4740
|
Sn—75Pb
|
5770
|
5310
|
Sn—70Pb
|
6140
|
5500
|
Sn—65Pb
|
6230
|
5590
|
Sn—62Pb
|
6285
|
5640
|
Sn—60Pb
|
6320
|
5680
|
Sn—55Pb
|
6400
|
5780
|
Sn—50Pb
|
6450
|
5870
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