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

Metallographisches Binärdiagramm aus Zinn

Obwohl bleifreie Lötpaste (Lot) zum Mainstream der modernen elektronischen Umweltschutztechnologie geworden ist, gibt es in der Automobilindustrie und der Militärelektronik immer noch viele Produkte, bei denen bleihaltiges Lot verwendet wird, weil die PCBA-Verarbeitung mit bleihaltigem Lot Die Schweißfestigkeit ist viel höher als die von bleifreiem Lot.

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 liegt bei 327°C, so dass die obere linke Ecke des Phasendiagramms bei 327°C beginnt (100% Zinn, Punkt A). Mit zunehmendem Zinngehalt des Zinn-Blei-Gewichtsverhältnisses wird dieser Schmelzpunkt (Liquidus mp)] Die Temperatur der Linie wird immer niedriger. Wenn das GewichtsverhÃ?ltnis von Zinn zu Blei das beste Sn63/Pb37 erreicht (eigentlich Sn61.9/Pb38.1, da die frÃ?he Messung nicht korrekt war, verursachte sie Fehler), erreicht sein VerflÃ?ssigungsschmelzpunkt auch die niedrigsten 183°C. Erhöht man das ZinnverhÃ?ltnis weiter, kehrt sich die Temperatur des VerflÃ?ssigungsschmelzpunkts um und steigt bis auf 232°C fÃ?r reines 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).

Der Grund für die Verwendung des Gewichtsverhältnisses von Sn63/Pb37 liegt darin, dass der Schmelzpunkt von reinem Zinn bis zu 232°C beträgt, was für die allgemeine PCBA-Verarbeitung und das Schweißen nicht einfach zu verwenden ist, oder dass die derzeitigen elektronischen Komponenten solch hohe Temperaturen nicht erreichen können, so dass hauptsächlich Zinn verwendet werden muss, und dann werden andere Legierungslote hinzugefügt, um den Schmelzpunkt zu senken, um den Hauptzweck der Massenproduktion und der Energieeinsparung zu erreichen. Es kann auch die Temperaturbeständigkeitsschwelle von elektronischen Bauteilen senken, da die meisten PCBA-Produkte nur in einer Umgebung zwischen -40°C und +70°C verwendet und gelagert werden,so dass der Schmelzpunkt von 183°C mehr als ausreichend ist; der zweite 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).