Leiterplattentechnisch - Binäres metallographisches Diagramm des PCBA-Zinn-Blei-Lots

Metallographisches Binärdiagramm aus Zinn

Although lead-free solder paste (solder) has become the mainstream of modern environmental protection electronic technology, basierend auf der Berücksichtigung der Zuverlässigkeit, Es gibt immer noch viele Produkte in der Automobilindustrie und Militärelektronik, die bleihaltiges Lot verwenden, weil PCBA-Verarbeitung hat Bleilöt Die Schweißfestigkeit ist viel höher als die des bleifreien.

Die Hauptkomponente der bleihaltigen Lotpaste ist Zinn (Sn) und Blei (Pd). Weitere Spurenkomponenten sind Metalle wie Silber, Bismut und Indium. Jeder hat einen anderen Schmelzpunkt (MP). Dieser Artikel geht jedoch davon aus, dass diese Spuren anderer Metalle Die Metallzusammensetzung beeinflusst nicht die Eigenschaften der Lötpaste, so dass wir zuerst das binäre Phasendiagramm von Zinn-Blei verwenden können, um die Eigenschaften der Lötpaste zu erklären, da das Phasendiagramm von mehr als ternär ist zu kompliziert.

Und ob es sich um Lot oder IMC handelt, je mehr Komponenten, desto komplexer die Struktur, desto weniger einfach zu steuern und desto schlechter die Zuverlässigkeit.

Siehe das Zinn-Blei-Binärphasendiagramm. Die Abszisse repräsentiert den Gewichtsanteil von Zinn-Blei (Wt%) und die Ordinate die Temperatur in Grad Celsius (°C).

Der Schmelzpunkt von Blei ist 327°C, so the upper left corner of the phase diagram starts at 327°C (100% tin, point A). Mit zunehmendem Zinngehalt des Zinn-Blei-Gewichtsverhältnisses, this Melting point (Liquidus mp)] The temperature of the line is getting lower and lower. Wenn das Gewichtsverhältnis von Zinn zu Blei das beste Sn63 erreicht/Pb37 (actually Sn61.9/Pb38.1, weil die frühe Messung nicht korrekt war, it caused errors ), sein Verflüssigungsschmelzpunkt erreicht auch den niedrigsten 183°C. Wenn Sie das Verhältnis von Zinn weiter erhöhen, seine Verflüssigungsschmelzpunkttemperatur wird umkehren und steigen, Erreichen von 232°C bei reinem Zinn.

Mit Ausnahme des Gewichtsverhältnisses von 61.9/38.1 für Zinn-Blei-Legierungs-Lot, das einen einzigartigen [gemeinsamen Festpunkt (E-Punkt) (eutektisch)] von 183°C hat, haben andere unterschiedliche Gewichtsverhältnisse zwei Schmelzpunkte. Die höhere Temperatur heißt Es ist [Liquidus mp], und die niedrigere Temperatur heißt [Solidus mp]. Das Lot zwischen den beiden Schmelzpunkten wird "pasty" genannt, was eine hochviskose Flüssigkeit ist, in der Feststoff und Flüssigkeit nebeneinander existieren. Der sogenannte Pasty ähnelt eigentlich etwas der Art der Erd-Gestein-Strömung, da es sein kann, dass Zinn flüssig geworden ist, aber Blei fest ist (αPb+L), oder genau das Gegenteil (βSn+L).

Wie für warum wir das Gewichtsverhältnis von Sn63 verwenden müssen/Pb37, Dies liegt daran, dass der Schmelzpunkt von reinem Zinn bis zu 232°C ist, die nicht einfach zu verwenden ist für allgemeine PCBA processing und Schweißen, oder dass aktuelle elektronische Bauteile solche hohen Temperaturen nicht erreichen können, So muss es sein Zinn wird hauptsächlich verwendet, und dann werden andere Legierungslöte hinzugefügt, um seinen Schmelzpunkt zu senken, um den Hauptzweck der Massenproduktion und Energieeinsparung zu erreichen. Es kann auch die Temperaturbeständigkeitsschwelle von elektronischen Teilen senken, weil die meisten PCBA-Produkte are only used and stored in the environment It is only between -40°C and +70°C, also ist der Schmelzpunkt von 183°C mehr als genug; Der sekundäre Zweck ist die Verbesserung der Zähigkeit und Festigkeit der Lötstellen.

Allgemeine Phasendiagramme haben Symbole wie α, β und γ, um feste Lösungen im Phasendiagramm anzuzeigen. Das Zinn-Blei-Phasendiagramm ist nur binär, daher werden nur α und β verwendet. In diesem Phasendiagramm bezieht sich α auf die feste Bleilösung (Pb) und β auf die feste Zinnlösung (Sn).

Die αPb Phase Region (CBA) ist eine bleifreie feste Lösung, aber Zinn löst sich in Blei auf und Zinn wird zu einem gelösten Stoff. In diesem Phasenbereich hat die Löslichkeit von Zinn ihre obere Grenze, ausgehend von Punkt C, da die Temperatur ansteigt. Wenn die CB-Linie 183°C (Punkt B) erreicht, erreicht die Löslichkeit von Zinn auch den höchsten 18,3%. Wenn die Temperatur weiter ansteigt (Linie BA), sinkt die Löslichkeit des Zinns allmählich auf Null (Punkt A).

Die βSn-Phasenregion ist eine feste Lösung reich an Zinn, und das relative Blei wird im Zinn gelöst, und das Blei wird zu einem gelösten Stoff. Ab Punkt H, wenn die Temperatur steigt (HG-Linie) bis 183°C (Punkt G), erreicht die Löslichkeit von Zinn auch die höchste 2,23% (=100-97.8), wenn die Temperatur weiter steigt (GF-Linie). Allerdings sinkt die Löslichkeit von Zinn allmählich auf Null (Punkt F).