与Sn-Pb系钎料相比,Sn-Zn系钎料的另外一个优势是成本低,除去由于熔化温度和铅相接近而节省更换设备和工艺所需的成本,同时,Zn元素的产量相对较高,因此其价格也相对较低。虽然也有学者希望通过降低Sn-Ag-Cu中的Ag的比例来降低生产Sn-Ag-Cu钎料所需要的成本,但这种方法目前并不成熟,无法立即投入生产应用。论文网
(2)力学性能优良
表1。2所示的为Sn-Pb、Sn-3。5Ag、Sn-9Zn三种无铅钎料的抗拉强度、剪切强度以及延伸率三种性能的对比。通过表中三种钎料性能数据的对比可知,与其他两种钎料相比,Sn-9Zn钎料具有较好的抗拉强度和抗剪强度,其延伸率与Sn-3。5Ag也十分接近。
表1。2 三种典型钎料的性能对比
合金系列 抗拉强度/MPa 抗剪强度/MPa 延伸率(wt。%)
Sn-37Pb 31~46 28。4 35~176
Sn-3。5Ag 55 32。1 35
Sn-9Zn 62 47 32
1。2。2 Sn-Zn系无铅钎料在应用过程中的问题
尽管Sn-Zn系钎料具有和Sn-Pb系钎料相近似的熔点,还具有低廉的成本低和优良的力学性能,是当前最有发展前景的合金之一,但其润湿性能差,且易被氧化和腐蚀,导致其在实际生产中的应用受到限制。
由于Zn的化学性质较活泼,焊接过程中Zn会聚集在熔融钎料的表面,又因为Zn较大的表面张力使得钎料的表面张力也变大,从而恶化了Sn-Zn钎料的湿润性能;其次,Zn易与氧产生氧化反应并生成结构疏松的氧化物,导致焊接时产生大量的氧化渣,使得熔融钎料的的流动性降低,钎料与基板的接触被阻碍,加剧了钎料润湿性能的恶化。如表1。3所示,可以得知在保护气下焊接时各钎料的表面张力大小。从表中不难看出,和其他无铅钎料相比,Sn-Zn钎料的表面张力明显较大,且在不同保护气氛下其表面张力大小不一致,无氧状况下钎料的表面张力更小说明Zn的氧化会对钎料的润湿性能产生较大的影响。
表1。3 几种钎料合金的表面张力值
合金 表面张力(mN/m)
空气中 氮气中(<20ppmO2)
Sn-9Zn 518 487
Sn-40Pb 417 464
Sn-3。5Ag 431 493
Sn-0。7Cu 491 461
Sn-5Sb 468 495
Sn-58Bi 319 349
在钎料的生产、存储、运输以及使用的过程当中都将不可避免的和空气中的氧气发生接触,发生氧化反应,使得钎料的成分也发生变化,在使用过程中对焊点的质量造成影响,因此,提高钎料的抗氧化性不容小觑。
除此之外,现代产品应用的场合和环境复杂多变,易使产品发生腐蚀,因此也必须提高Sn-Zn钎料的耐腐蚀性。 由于Zn的化学性质比较活泼,容易与外界物质发生化学反应,产生不具有保护作用的腐蚀物,使得焊点产生脱落,不利于电子产品的长期使用和存储。文献综述