锡膏各种合金成分的物理特性及可靠性-深圳福英达
锡膏各种合金成分的物理特性及可靠性-深圳福英达
锡膏是SMT焊接过程中不可缺少的材料，它主要由锡和其他金属元素构成。锡膏的合金成分决定了其物理特性，如熔点、润湿性、蠕变性等，进而影响了其焊接性能和可靠性。本文将介绍几种常见的锡膏合金成分的物理特性及可靠性，并分析其在不同应用场合的优缺点。
锡铋合金是业界低温锡膏主流合金成分，其熔点随铋含量的不同而变化，一般在138~183℃之间；其主要用在耐温有限的材料组装产品，如LED、柔性电路板、有机电子器件等对温度敏感的产品。锡铋合金锡膏的脆性较大，耐机械振动、冷热冲击等方面性能较差，业界class2及以上产品多不采用。这是因为锡铋合金在固液相变时会发生体积收缩，导致焊点内部产生应力集中，从而降低焊点的强度和韧性。通过在锡铋合金上添加微合金元素如Ag，做弥散强化、固溶强化和共晶强化，可以一定程度改善脆性问题，但其综合机械性能仍不及SAC305合金。
表1. IPC对电子产品的分类
目前，SAC305 为锡膏主流合金成分，其熔点为217℃，具有良好的润湿性和热疲劳强度和焊点可靠性，是无铅焊接的首选合金。SAC305合金的缺点是银的价格较高，增加了焊接成本，而且SAC305的热膨胀系数较高，可能会导致焊点的热循环疲劳和开裂。因此，一些研究者提出了减少银含量或替代银的方法，以降低成本和提高可靠性。例如，SAC0307合金是一种低银含量（0.3%wt）的锡银铜合金，其熔点为217~226℃，润湿性和耐热疲劳性略低于SAC305，但蠕变性更好，成本更低。
不含银的锡铜系列合金主要应用在波峰焊锡条及锡丝的制作，以及无铅喷锡板生产。锡铜合金的熔点随铜含量的不同而变化，一般在217~227℃之间，铜含量越高，熔点越高。锡铜合金的润湿性较差，耐热疲劳性较低，但成本较低，蠕变性较好。锡铜合金的润湿性和耐热疲劳性可以通过添加其他元素如锑、铋、镍、锌等来改善，也可以通过调整焊接工艺和使用高活性的助焊剂来改善。例如，SnCu0.7Ni0.05合金是在锡铜合金中添加0.05%的镍，其熔点为217~226℃，润湿性和耐热疲劳性明显提高，焊点亮度也有所改善。
含锑合金被应用于制造电池中的合金材料、滑动轴承等领域以及高温、高压、高频等特殊环境下的焊接。锑可以增大焊料的机械强度和电阻，但也会增大焊料的硬度和脆性。
含铅合金作为传统焊料，具有良好的润湿性、耐热疲劳性和焊点可靠性，常见合金为Sn63Pb37。含铅合金在Class3 产品及特殊低端市场中广泛应用，如IC封装、航天和军工领域。含铅合金焊料的缺点是铅的毒性较大，对人体和环境有害，因此在欧盟和其他国家和地区被限制或禁止使用。
综上所述，锡膏各种合金成分的物理特性及可靠性有着显著的差异，需要根据不同的应用场合和产品要求进行选择和优化，以达到最佳的焊接效果。
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