PCB科技 - PCBA錫鉛焊料的二元金相圖

錫二元金相圖

Although lead-free solder paste (solder) has become the mainstream of modern environmental protection electronic technology, 基於對可靠性的考慮, 汽車工業和軍用電子產品中仍有許多產品使用含鉛焊料, 因為 PCBA加工 含鉛焊料焊接强度遠高於無鉛焊料.

含鉛焊膏的主要成分是錫（Sn）和鉛（Pd）。 其他微量成分包括銀、鉍和銦等金屬。 每種都有不同的熔點（MP）。 然而，本文假設這些微量其他金屬的金屬成分不影響錫膏的特性，囙此我們可以首先使用錫鉛的二元相圖來解釋錫膏的特性，因為3元以上的相圖太複雜。

無論是焊料還是IMC，其組件越多，結構越複雜，越不容易控制，可靠性越差。

參攷錫鉛二元相圖。 橫坐標表示錫鉛的重量百分比（Wt%），縱坐標表示溫度，組織為攝氏度（攝氏度）。

鉛的熔點為327℃, so the upper left corner of the phase diagram starts at 327°C (100% tin, point A). 隨著錫含量的新增，錫鉛重量比新增, this Melting point (Liquidus mp)] The temperature of the line is getting lower and lower. 當錫鉛重量比達到最佳Sn63時/Pb37 (actually Sn61.9/Pb38.1, 因為早期量測不正確, it caused errors ), 其液化熔點也達到最低183℃. 如果繼續新增錫的比例, 其液化熔點將反轉並升高, 純錫時達到232℃.

除了錫鉛合金焊料的重量比為61.9/38.1，其獨特的[公共固體點（E點）（共晶）]為183℃，其他不同的重量比將有兩個熔點。 較高的溫度稱為[液相線mp]，較低的溫度稱為[固相線mp]。 兩個熔點之間的焊料稱為“糊狀”，這是一種固體和液體共存的高粘度流體。 所謂的糊狀物實際上有點類似於土石流的類型，因為它可能是錫變成了液體，而鉛是固體（αPb+L），或者正好相反（βSn+L）。

至於為什麼我們必須使用Sn63的重量比/Pb37, 這是因為純錫的熔點高達232℃, 一般情况下不易使用 PCBA processing 和焊接, 或者當前的電子部件無法達到如此高的溫度, 所以它一定是錫的主要用途, 然後添加其他合金焊料以降低其熔點, 從而達到批量生產和節能的主要目的. 它還可以降低電子部件的溫度電阻閾值, 因為大多數 PCBA產品 are only used and stored in the environment It is only between -40°C and +70°C, 囙此183℃的熔點就足够了； 第二個目的是提高焊點的韌性和强度.

一般相圖將具有α、β和γ等符號，以訓示相圖中的固溶體。 錫鉛相圖僅為二元相圖，囙此僅使用α和β。 在該相圖中，α表示鉛（Pb）的固溶體，β表示錫（Sn）的固溶體。

αPb相區（CBA）為富鉛固溶體，但錫將溶解在鉛中，錫成為溶質。 在該相區，錫的溶解度有其上限，從C點開始，隨著溫度升高（當CB線達到183°C時）（B點），錫的溶解度也達到最高18.3%。 當溫度繼續升高（BA線）時，錫的溶解度逐漸降至零（A點）。

βSn相區是富含錫的固溶體，相對鉛溶解在錫中，鉛成為溶質。 從H點開始，隨著溫度升高（HG線）到183°C（G點），錫的溶解度也達到最高的2.23%（=100-97.8），然而，當溫度繼續升高（GF線）時，錫的溶解度逐漸降低到零（F點）。