無鉛焊錫膏

　　無鉛焊錫膏

無鉛焊錫膏的成分及最佳合金成分比較

在無鉛錫膏的成分中

，首要是由錫/銀/銅三部分組成
，由銀和銅來代替本來的鉛的成分。

一
、根本的特性和現象

在錫/銀/銅體係中，錫與次要元素(銀和銅)之間的冶金反響是決議運用溫度、固化機製以及機械功用的首要因素。依照二元相位圖
，在這三個元素之間有三種或許的二元共晶反響。銀與錫之間的一種反響在221°C構成錫基質相位的共晶結構和ε金屬之間的化合相位(Ag3Sn)。銅與錫反響在227°C構成錫基質相位的共晶結構和η金屬間的化合相位(Cu6Sn5)。銀也能夠與銅反響在779°C構成富銀α相和富銅α相的共晶合金。可是，在現時的研討中1，對錫/銀/銅三重化合物固化溫度的丈量，在779°C沒有發現相位改動。這表示很或許銀和銅在三重化合物中直接反響。而在溫度動力學上更適於銀或銅與錫反響，以構成Ag3Sn或Cu6Sn5金屬間的化合物。因而
，錫/銀/銅三重反響可意料包含錫基質相位、ε金屬之間的化合相位(Ag3Sn)和η金屬間的化合相位(Cu6Sn5)。

和雙相的錫/銀和錫/銅體係所承認的一樣，相對較硬的Ag3Sn和Cu6Sn5 粒子在錫基質的錫/銀/銅三重合金中，可通過建立一個長期的內部應力，有效地強化合金。這些硬粒子也可有效地阻撓疲憊裂紋的延伸。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的構成可分隔較纖細的錫基質顆粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒(li)子(zi)越(yue)纖(xian)細(xi)，越(yue)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)的(de)分(fen)隔(ge)錫(xi)基(ji)質(zhi)顆(ke)粒(li)，成(cheng)果(guo)是(shi)得(de)到(dao)全(quan)體(ti)更(geng)纖(xian)細(xi)的(de)微(wei)安(an)排(pai)。這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)顆(ke)粒(li)鴻(hong)溝(gou)的(de)滑(hua)動(dong)機(ji)製(zhi)


，因(yin)而(er)延(yan)長(chang)了(le)提(ti)升(sheng)溫(wen)度(du)下(xia)的(de)疲(pi)憊(bei)壽(shou)數(shu)。

盡管銀和銅在合金規劃中的特定配方對得到合金的機械功用是關鍵的，但發現熔化溫度對0.5~3.0%的銅和3.0~4.7%的銀的含量改動並不靈敏。

機械功用對銀和銅含量的相互聯係別離作如下總結2：當銀的含量為大約3.0~3.1%時，屈從強度和抗拉強度兩者都隨銅的含量添加到大約1.5%
，而簡直成線性的添加。超越1.5%的銅
，屈從強度會減低，但合金的抗拉強度保持安穩。全體的合金塑性對0.5~1.5%的銅是高的
，然後跟著銅的進一步添加而下降。對於銀的含量(0.5~1.7%規模的銅)，屈從強度和抗拉強度兩者都隨銀的含量添加到4.1%，而簡直成線性的添加，可是塑性削減。

在3.0~3.1%的銀時，疲憊壽數在1.5%的銅時到達最大。發現銀的含量從3.0%添加到更高的水平(達4.7%)對機械功用沒有任何的進步。當銅和銀兩者都配製較高時，塑性遭到危害
，如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu。

最佳合金成分

合金95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu被認為是最佳的。其傑出的功用是纖細的微安排構成的成果，微安排給予高的疲憊壽數和塑性。對於0.5~0.7%銅的焊錫合金，任何高於大約3%的含銀量都將添加Ag3Sn的粒子體積分數，然後得到更高的強度。可是

，它不會再添加疲憊壽數，或許由於較大的Ag3Sn粒子構成。在較高的含銅量(1~1.7%Cu)時，較大的Ag3Sn粒子或許或許超越較高的Ag3Sn粒子體積分數的影響，形成疲憊壽數下降。當銅超越1.5%(3~3.1%Ag)，Cu6Sn5粒子體積分數也會添加。可是，強度和疲憊壽數不會隨銅而進一步添加。在錫/銀/銅三重體係中，1.5%的銅(3~3.1%Ag)最有效地發生恰當數量的、最纖細的微安排尺寸的Cu6Sn5粒子，然後到達最高的疲憊壽數、強度和塑性。

據報道
，合金93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu是217°C溫度的三重共晶合金3。可是，在冷卻曲線丈量中
，這種合金成分沒有觀察到精確熔化溫度。而得到一個小的溫度規模：216~217°C。

這種合金成分進步現時研討中的三重合金成分最高的抗拉強度，但其塑性遠低於63Sn/37Pb。合金95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu比95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的屈從強度低。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的疲憊壽數低於95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu。假如顆粒鴻溝滑動機製首要決議共晶焊錫合金

，那麼95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu，而不是93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu
，應該更接近真正的共晶特性。

別的，95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu比93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu和95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu具有經濟優勢。

與63Sn/37Pb比較

3.0~4.7%Ag和0.5~1.7%Cu的合金成分一般具有比63Sn/37Pb更高的抗拉強度。例如，95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu和93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu在強度和疲憊特性上比63Sn/37Pb好得多。93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的塑性較63Sn/37Pb低，而95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu的塑性比63Sn/37Pb還高。與96.5Sn/3.5Ag比較

95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu具有216~217°C的熔化溫度(簡直共晶)，比共晶的96.5Sn/3.5Ag低大約4°C。當與96.5Sn/3.5Ag比較根本的機械功用時，研討中的特定合金成分在強度和疲憊壽數上表現更好。可是，含有較高銀和銅的合金成分，如93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu的塑性比93.6Sn/4.7Ag低。

與99.3Sn/0.7Cu比較

3.0~4.7%Ag和0.5~1.5%Cu的錫/銀/銅成分合金具有較好的強度和疲憊特性
，但塑性比99.3Sn/0.7Cu低。

引薦

錫/銀/銅體係中最佳合金成分是95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu，它具有傑出的強度、抗疲憊和塑性。可是應該注意的是
，錫/銀/銅體係能夠到達的最低熔化溫度是216~217°C
，這還太高，以適於現時SMT結構下的電路板運用(低於215°C的熔化溫度被認為是一個實際的標準)。

總而言之
，含有0.5~1.5%Cu和3.0~3.1%Ag的錫/銀/銅體係的合金成分具有適當好的物理和機械功用。適當而言
，95.4Sn/3.1Ag/1.5Cu本錢比那些含銀量高的合金低，如93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu和95.4Sn/4.1Ag/0.5Cu。在某些情況中，較高的含銀量或許減低某些功用。

設定錫膏回流溫度曲線

正確的溫度曲線將保證高品質的焊接錫點。

一、測驗辦法

在運用外表貼裝元件的印刷電路板(PCB)anzhuangzhong，yaodedaoyouzhidehandian，yitiaoyouhuadehuiliuwenduquxianshizuizhongyaodeyinsuzhiyi。wenduquxianshishijiayudianluanzhuangshangdewenduduishikedehanshu
，dangzaidikaerpingmianzuotushi，huiliujinchengzhongzairenhegeidingdeshikeshang，daibiaoPCB上shang一yi個ge特te定ding點dian上shang的de溫wen度du構gou成cheng一yi條tiao曲qu線xian。幾ji個ge參can數shu影ying響xiang曲qu線xian的de形xing狀zhuang，其qi中zhong最zui關guan鍵jian的de是shi傳chuan送song帶dai速su度du和he每mei個ge區qu的de溫wen度du設she定ding。帶dai速su決jue議yi機ji板ban暴bao露lu在zai每mei個ge區qu所suo設she定ding的de溫wen度du下xia的de持chi續xu時shi刻ke，添tian加jia持chi續xu時shi刻ke能neng夠gou答da應ying更geng多duo時shi刻ke使shi電dian路lu安an裝zhuang挨ai近jin該gai區qu的de溫wen度du設she定ding。每mei個ge區qu所suo花hua的de持chi續xu時shi刻ke總zong和he決jue議yi總zong共gong的de處chu理li時shi刻ke。

每個區的溫度設定影響PCB的溫度上升速度，高溫在PCB與區的溫度之間發生一個較大的溫差。添加區的設定溫度答應機板更快地到達給定溫度。因而，有必要作出一個圖形來決議PCB的溫度曲線。接下來是這個進程的概括，用以發生和優化圖形。

在開端作曲線進程之前，需求下列設備和輔助東西：溫度曲線儀、熱電偶、將熱電偶附著於PCB的(de)東(dong)西(xi)和(he)錫(xi)膏(gao)參(can)數(shu)表(biao)。可(ke)從(cong)大(da)多(duo)數(shu)首(shou)要(yao)的(de)電(dian)子(zi)東(dong)西(xi)供(gong)貨(huo)商(shang)買(mai)到(dao)溫(wen)度(du)曲(qu)線(xian)附(fu)件(jian)東(dong)西(xi)箱(xiang)，這(zhe)東(dong)西(xi)箱(xiang)使(shi)得(de)作(zuo)曲(qu)線(xian)便(bian)利(li)，由(you)於(yu)它(ta)包(bao)含(han)全(quan)部(bu)所(suo)需(xu)的(de)附(fu)件(jian)(除了曲線儀本身)

許多回流焊機器包含了一個板上測溫儀，甚至一些較小的
、廉價的台麵式爐子。測溫儀一般分為兩類：實時測溫儀，即時傳送溫度/時刻數據和作出圖形；而另一種測溫儀采樣貯存數據
，然後上載到計算機。

熱電偶有必要長度足夠，並可經受典型的爐膛溫度。一般較小直徑的熱電偶，熱質量小響應快

，得到的成果精確。

有幾種辦法將熱電偶附著於PCB，較好的辦法是運用高溫焊錫如銀/錫合金，焊點盡量最小。

另一種可接受的辦法，快速、簡單和對大多數運用足夠精確，少量的熱化合物(也叫熱導膏或熱油脂)斑點覆蓋住熱電偶
，再用高溫膠帶(如Kapton)粘住。

還有一種辦法來附著熱電偶，就是用高溫膠，如氰基丙烯酸鹽粘合劑，此辦法一般沒有其它辦法牢靠。 附著的位置也要選擇，一般最好是將熱電偶尖附著在PCB焊盤和相應的元件引腳或金屬端之間。

錫膏特性參數表也是必要的
，其包含的信息對溫度曲線是至關重要的，如：所期望的溫度曲線持續時刻


、錫膏活性溫度、合金熔點和所期望的回流最高溫度。

開端之前，有必要抱負的溫度曲線有個根本的知道。理論上抱負的曲線由四個部分或區間組成，前麵三個區加熱

、終究一個區冷卻。爐的溫區越多，越能使溫度曲線的概括到達更精確和挨近設定。大多數錫膏都能用四個根本溫區成功回流。

預熱區，也叫斜坡區，用來將PCB的溫度從周圍環境溫度提升到所須的活性溫度。在這個區
，產品的溫度以不超越每秒2~5°C速度連續上升，溫度升得太快會引起某些缺點，如陶瓷電容的纖細裂紋
，而溫度上升太慢，錫膏會感溫過度，沒有足夠的時刻使PCB到達活性溫度。爐的預熱區一般占整個加熱通道長度的25~33%。

焊錫膏

焊錫膏

活性區，有時叫做幹燥或浸濕區，這個區一般占加熱通道的33~50%
，有兩個功用，第一是，將PCB在zai適shi當dang安an穩wen的de溫wen度du下xia感gan溫wen，答da應ying不bu同tong質zhi量liang的de元yuan件jian在zai溫wen度du上shang同tong質zhi，削xue減jian它ta們men的de適shi當dang溫wen差cha。第di二er個ge功gong用yong是shi，答da應ying助zhu焊han劑ji活huo性xing化hua
，揮hui發fa性xing的de物wu質zhi從cong錫xi膏gao中zhong揮hui發fa。一yi般ban遍bian及ji的de活huo性xing溫wen度du規gui模mo是shi120~150°C，jiaruhuoxingqudewendushedingtaigao
，zhuhanjimeiyouzugoudeshikehuoxinghua
，wenduquxiandexielvshiyigexiangshangdijiadexielv。jinguanyoudexigaozhizaoshangdayinghuoxinghuaqijianyixiewendudetianjia
，keshibaofudequxianyaoqiushidangpingwendewendu，zheyangshidePCB的溫度在活性區開端和結束時是相等的。市麵上有的爐子不能維持平坦的活性溫度曲線，選擇能維持平坦的活性溫?度曲線的爐子
，將進步可焊接功用，運用者有一個較大的處理窗口。 回流區，有時叫做峰值區或終究升溫區。這個區的作用是將PCB安an裝zhuang的de溫wen度du從cong活huo性xing溫wen度du進jin步bu到dao所suo引yin薦jian的de峰feng值zhi溫wen度du。活huo性xing溫wen度du總zong是shi比bi合he金jin的de熔rong點dian溫wen度du低di一yi點dian，而er峰feng值zhi溫wen度du總zong是shi在zai熔rong點dian上shang。典dian型xing的de峰feng值zhi溫wen度du規gui模mo是shi205~230°C，這個區的溫度設定太高會使其溫升斜率超越每秒2~5°C
，或到達回流峰值溫度比引薦的高。這種情況或許引起PCB的過分卷曲

、脫層或燒損
，並危害元件的完整性。

今日，最遍及運用的合金是Sn63/Pb37，zhezhongfenedexiheqianshidegaihejingongjing。gongjinghejinshizaiyigetedingwenduxiaronghuadehejin
，feigongjinghejinyouyigeronghuadeguimo，erbushirongdian，youshijiaozuosuxingzhuangtai。benwensuoshudeyiqiebirudoushizhigongjingxi/鉛，由於其運用廣泛
，該合金的熔點為183°C。

抱(bao)負(fu)的(de)冷(leng)卻(que)區(qu)曲(qu)線(xian)應(ying)該(gai)是(shi)和(he)回(hui)流(liu)區(qu)曲(qu)線(xian)成(cheng)鏡(jing)像(xiang)聯(lian)係(xi)。越(yue)是(shi)接(jie)近(jin)這(zhe)種(zhong)鏡(jing)像(xiang)聯(lian)係(xi)，焊(han)點(dian)到(dao)達(da)固(gu)態(tai)的(de)結(jie)構(gou)越(yue)嚴(yan)密(mi)，得(de)到(dao)焊(han)接(jie)點(dian)的(de)質(zhi)量(liang)越(yue)高(gao)，結(jie)合(he)完(wan)整(zheng)性(xing)越(yue)好(hao)。

作溫度曲線的第一個考慮參數是傳輸帶的速度設定，該設定將決議PCB在加熱?通道所花的時刻。典型的錫膏製造廠參數要求3~4分(fen)鍾(zhong)的(de)加(jia)熱(re)曲(qu)線(xian)，用(yong)總(zong)的(de)加(jia)熱(re)通(tong)道(dao)長(chang)度(du)除(chu)以(yi)總(zong)的(de)加(jia)熱(re)感(gan)溫(wen)時(shi)刻(ke)
，即(ji)為(wei)精(jing)確(que)的(de)傳(chuan)輸(shu)帶(dai)速(su)度(du)，例(li)如(ru)，當(dang)錫(xi)膏(gao)要(yao)求(qiu)四(si)分(fen)鍾(zhong)的(de)加(jia)熱(re)時(shi)刻(ke)
，運(yun)用(yong)六(liu)英(ying)尺(chi)加(jia)熱(re)通(tong)道(dao)長(chang)度(du)
，計(ji)算(suan)為(wei)：6 英尺 ÷ 4 分鍾 = 每分鍾 1.5 英尺 = 每分鍾 18 英寸。

接(jie)下(xia)來(lai)有(you)必(bi)要(yao)決(jue)議(yi)各(ge)個(ge)區(qu)的(de)溫(wen)度(du)設(she)定(ding)，重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)要(yao)了(le)解(jie)實(shi)際(ji)的(de)區(qu)間(jian)溫(wen)度(du)不(bu)一(yi)定(ding)就(jiu)是(shi)該(gai)區(qu)的(de)顯(xian)現(xian)溫(wen)度(du)。顯(xian)現(xian)溫(wen)度(du)隻(zhi)是(shi)代(dai)表(biao)區(qu)內(nei)熱(re)敏(min)電(dian)偶(ou)的(de)溫(wen)度(du)，假(jia)如(ru)熱(re)電(dian)偶(ou)越(yue)接(jie)近(jin)加(jia)熱(re)源(yuan)，顯(xian)現(xian)的(de)溫(wen)度(du)將(jiang)相(xiang)比(bi)照(zhao)區(qu)間(jian)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)，熱(re)電(dian)偶(ou)越(yue)接(jie)近(jin)PCB的(de)直(zhi)接(jie)通(tong)道(dao)
，顯(xian)現(xian)的(de)溫(wen)度(du)將(jiang)越(yue)能(neng)反(fan)響(xiang)區(qu)間(jian)溫(wen)度(du)。正(zheng)確(que)的(de)是(shi)向(xiang)爐(lu)子(zi)製(zhi)造(zao)商(shang)谘(zi)詢(xun)了(le)解(jie)清(qing)楚(chu)顯(xian)現(xian)溫(wen)度(du)和(he)實(shi)際(ji)區(qu)間(jian)溫(wen)度(du)的(de)聯(lian)係(xi)。本(ben)文(wen)中(zhong)將(jiang)考(kao)慮(lv)的(de)是(shi)區(qu)間(jian)溫(wen)度(du)而(er)不(bu)是(shi)顯(xian)現(xian)溫(wen)度(du)。表(biao)一(yi)列(lie)出(chu)的(de)是(shi)用(yong)於(yu)典(dian)型(xing)PCB安裝回流的區間溫度和溫度確認後，有必要輸入到爐的控製器。看看手冊上其它需求調整的參數，這些參數包含冷卻電扇速度、強製空氣衝擊和惰性氣體流量。一旦一切參數輸入後
，發動機器
，爐子安穩後(即，一切實際顯現溫度挨近符合設定參數)能夠開端作曲線。下一部將PCBfangruchuansongdai，chufacewenyikaiduanjizaishuju。weilebianli，youxiecewenyibaohanchufagongyong，zaiyigexiangduididewenduzhudongfadongcewenyi，dianxingdezhegewendubirentiwendu37°C(98.6°F)稍微高一點。例如，38°C(100°F)的主動觸發器
，答應測溫儀簡直在PCB剛放入傳送帶進入爐時開端工作
，不至於熱電偶在人手上處理時發生誤觸發。

二、測驗成果剖析

shouyao，youbiyaozhengmingconghuanjingwendudaohuiliufengzhiwendudezongshikehesuoqiwangdejiarequxianjuliushikexianghexie，jiarutaichang
，anfeneditianjiachuansongdaisudu，jiarutaiduan，zexiangfan。

選擇與實際圖形形狀最相和諧的曲線。應該考慮從左道右(流程順序)的(de)偏(pian)差(cha)
，例(li)如(ru)，假(jia)如(ru)預(yu)熱(re)和(he)回(hui)流(liu)區(qu)中(zhong)存(cun)在(zai)差(cha)異(yi)
，首(shou)要(yao)將(jiang)預(yu)熱(re)區(qu)的(de)差(cha)異(yi)調(tiao)正(zheng)確(que)
，一(yi)般(ban)最(zui)好(hao)每(mei)次(ci)調(tiao)一(yi)個(ge)參(can)數(shu)，在(zai)作(zuo)進(jin)一(yi)步(bu)調(tiao)整(zheng)之(zhi)前(qian)運(yun)行(xing)這(zhe)個(ge)曲(qu)線(xian)設(she)定(ding)。這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)一(yi)個(ge)給(gei)定(ding)區(qu)的(de)改(gai)動(dong)也(ye)將(jiang)影(ying)響(xiang)隨(sui)後(hou)區(qu)的(de)成(cheng)果(guo)。我(wo)們(men)也(ye)建(jian)議(yi)新(xin)手(shou)所(suo)作(zuo)的(de)調(tiao)整(zheng)起(qi)伏(fu)適(shi)當(dang)較(jiao)小(xiao)一(yi)點(dian)。一(yi)旦(dan)在(zai)特(te)定(ding)的(de)爐(lu)上(shang)取(qu)得(de)經(jing)驗(yan)，則(ze)會(hui)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)“感覺”來作多大起伏的調整。

dangzhongjiudequxiantujinhuoxudeyusuoqiwangdetuxingxiangwenhe

，yinggaibaludecanshujizaihuozhucunyibeihouyong。jinguanzhegejinchengkaiduanhenmanhefeili
，danzhongjiunenggouqudexianshuhesudu，chengguodedaogaopinzhidePCB的高效率的生產。