Sn-Zn系是以Sn为基本元素,向其添加Zn元素成为一种新型的无铅钎料。它有一个显著的优点就是熔点为198℃,在这一点上,它和锡铅的熔点基本一致相差无几,这使得它是完全吻合锡铅的生产模式,不需要改变工艺规程,这一点使得完全可以替代锡铅。
在其它方面,比如机械性能较好、延展性也不错、Zn含量比较多、价格公道等原因,所以Sn-Zn基本可以作为传统钎料的替代品[15-16]。虽然说在很多方面Sn-Zn优越于锡铅钎料,但是有一点比较遗憾,那就是Sn-Zn的润湿性能远不及锡铅,主要是因为氧化反应使得钎料流通被限制了,所以润湿性能不好[17]。如果润湿性能得到解决,就可以替代了。现在,只要是利用在无氧情况下,通过焊接技术就可以提高其润湿性能,所以很多专家正在研究中[18]。
氧化性能好是制约润湿性能的主要元素,那么在一系列元素中,Ag元素可以解决此问题,主要是为了降低了氧化性能和提高抗腐蚀性[19]。如果可以解决它的熔点问题和润湿性问题,那就基本可以替代其作用。比如在其中加入很少的Bi元素,就可以解决此问题,其润湿性能可以变好,但是,另一方面坏处就是塑性不好,很难加工出来[20]。所以虽然在某些性能差不多,但是还是无法替代其作用,还是要寻找新的钎料代替它。
(2)Sn-Cu系
以上的Sn-Zn有好处但是也有坏处,所以Sn-Cu可以解决一些难点问题。首先,Sn-Cu它的熔点比锡铅要高,大约是 227℃,略大于锡铅。最后,闫教等人通过向其中加入少量的Ag等颗粒,是为了可以改善抗蠕变性能[21]。
但是,它也有一些缺点,其中一个是润湿性能不是很好,抗拉的强度也不好,经过专家的测试发现锡铅的润湿性能还是最好的,SnAgCu的润湿性能次之,Sn-Cu是最差的[22]。综上:虽然有一些性能可以和锡铅相差无几,但是还是方面是不如锡铅的,所以还是要不断加强研究,尽量使其性能变得更好。
(3) Sn-Ag系
作为和锡铅类似的钎料,我们也经常使用它。首先,它的熔点是和锡铅差不多的,大概是221℃左右,这一点上和锡铅很相似。其次是,Sn-Ag的密度比较小,所以它的重量上面还是体积上面都是比较小的,有利于向微型方面的转变,且有利于封装。并且,它的形状不容易受到影响,保证了完整性。
它的熔点要比锡铅高40℃左右,所以要想方设法的降低钎点的熔点,专家学者通过向里面加入一些元素,比如Bi就可以是熔点变得很低,还有In元素添加之后发现很多性能显著变好了,但是需要很大的价钱去购买In元素,在所以成本变高了,所以不能广泛使用[23-25],如图1-2。
图1-2 Sn-3。5Ag 合金的显微组织
虽然Sn-Ag的熔点较高,但是它的力学方面的性能还是很好的,很多专家学者积极研究其他方面的性能,可以弥补在钎点熔点方面的遗憾了。因为其熔点比较高,所以可以用来使用在制冷这个行业中。在这个行业中可以发挥它的高熔点的作用了。
(4)Sn-Bi系
图1-3 Sn-Bi 合金相图
Sn-Bi的熔点和其它钎料相比算是比较低的,是为138℃,正是因为熔点很低,所以应在低温的焊接,优点是它的润湿性能就比较好,有实验数据显示:和传统的锡铅相比,它的抗疲劳强度要好于锡铅[26-27]。
Sn-Bi还有其它方面的性能也是相比较好于锡铅的,比如抗拉强度等。但是,由于它的含量比较低,使得它的价钱比较过于其它无铅钎料,并且使用受到限制,所以Sn-Bi还是大量的使用。其中含有杂质P大大的影响了它的性能。所以Sn-Bi还是受到了限制。