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Pb - Sn 合 金 雜質對錫鉛合金的影響 A.銻（Sb） 銻含量在0.5%以內時對錫鉛焊錫不會產生明顯的影響,但含量在1.0%時就會減少散佈面積的25%並減緩沾錫的速度.小量的銻含量反而有益,因為它會和鋁形成金屬介在物而減輕鋁的污染.添加銻至Sn60-Pb40會提高其拉伸強度及疲勞強度. B.銅（Cu） 如果銅含量超過0.2%時就會增加架橋(bridging)的可能性,因為在冷卻過中多餘的銅會和錫產生針狀的Cu6Sn5之金屬介在物增加焊錫之黏滯性,進而產生架橋現象,並且會產生砂礫狀表面. C.金(Au)和銀(Ag) 在250?C時銀在Sn60-Pb40的溶解度大約為5%.如果銀的溶解度低於2%時對於銲接的特性不會有明顯的影響,但溶解度高於2%時表面會因金屬介在物產生而呈砂礫狀. 當金的含量在0.5%以下時,對銲接沒有影響,不過當含量超過4%時,焊錫合金在承受外力時會發生脆性斷裂. D.鋁(Al),鋅(Zn)和鎘(Cd) 添加鋁,鋅和鎘會在合金產生一層薄而強韌的氧化膜使得銲接變為不可能.這些合金的容許含量很低,大約為0.005%. 鴻海使用之錫鉛合金 錫 鉛 金 屬 介 在 物 合金(或稱銲錫Solder)在高溫下和銅、鎳、金、銀等底材反應,快速形成薄層狀似〝錫合金〞的化合物.此物起源於鍚金屬原子及底金屬原子之相互滲入、遷移、及擴散，而在冷卻固化之後立即出現一層薄薄的〝共化物〞,且還會逐漸增厚.此類物質由其老化的程度及錫原子與底金屬原子互相滲入的多少，而又可分出許多共化物的層次來.這種由銲錫與其底金屬介面之間所形成的各種共合物,統稱intermetallic compound簡稱IMC. 錫 鉛 金 屬 介 在 物 之 特 性 (1) IMC是一種化合物和原來的金屬之性質不同,對整個焊點強度也有不同程度的影響. a.在高溫焊接或重熔時才會生成，有一定的組成及晶體結構，生長速度與溫度成正比。.直到出現阻絕層(Barrier)才會停止. b.常具有不良的脆性，會損及焊點的機械強度及壽命，其中尤其對疲勞強度(Fatigue Strength)為害最烈,且其熔點也很高. c.由於銲錫在介面附近的鍚原子會逐漸移走，而與底金屬組成IMC錫量減少，使得該處的錫量減少，相對的使得鉛量之比例增加，以致使焊點展性增大(Ductility)及固強度降低，久之甚至帶來整個焊錫層的鬆馳. 錫 鉛 金 屬 介 在 物 之 特 性 (2) d.一旦焊墊上原有的熔鍚層或噴錫層，其與底銅之間已出現〝較厚〞的IMC後，對該焊墊以後再續作焊接時會有很大的妨礙﹔也就是在焊錫性(Solderability)或沾錫性(Wettability)上都將出現出劣化的惰形. e.焊錫中由於錫銅結晶或錫銀結晶的沉澱，使得焊錫本身的硬度也隨之增加，久之會有脆化的麻煩。 f.IMC會隨時間老化而逐漸增厚，通常其已生長的厚度，與時間大約形成拋物線. Cu-Sn介面合金共化物的生成 當融態的銲錫落在清潔的銅面上時,立即發生沾錫的焊接動作立即會有錫原子擴散到銅層中，而銅原子也在瞬間同時擴散進二者在交界面上形成Cu6Sn5的IMC,稱為?-phase,此種新生化合物中含錫之重量比約占60%.在長時間老化過程中, ?-phase IMC 與銅底材之間,會因銅量不斷滲入Cu6Sn5中而漸使其組成改變為Cu3Sn 的?相,其中的銅量由早先Cu6Sn5的40%增加到Cu3Sn 的66%. 此種老化劣化之現象,隨著時間及溫度而加劇,而溫度的影響尤其更烈. Cu3Sn 的表面能只有Cu6Sn5的一半,因而Cu3Sn 是一種對焊錫性有妨礙的IMC. ?-phase Cu6Sn5是良好焊錫性的表徵,若無該Cu6Sn5存在則焊錫只是在縮錫的狀態下暫時冷卻固化在銅面上而已,稱為冷焊(cold soldering). 焊 錫 性 和 表 面 能 ?可焊與否取決於金屬面之表面能與焊錫本身的表面能二者而定. ?凡底金屬面之表面能大於焊錫之表面能時，則其沾錫性非常好，否則沾錫性變差.當底金屬面之表面能減去焊錫之表面能而得到負值時，就會出現縮錫(Dewetting)，負值愈大則焊錫愈差，甚至造成不沾錫現象(Non-Wetting). ?新鮮的銅面在真空中的 “表面能”可達1265達因/公分，63/37的焊錫加熟到融點(Eutectic Point 183?C）並在助焊劑的協助下，其表面能可至380達因/公分，若將二者焊在一起時沾錫性將非常良好o然而若將新鮮潔淨的銅面放在至空氣2小時後，其表面能將會遽降到25達因/公分，與380相減不但是負值，而去甚遠，焊錫自然不會好。因此必須要靠強力的助焊劑除去銅面的氧化物，使之活化及再提高表面能，並超過銲錫的表面能時，才會有良好沾鍚的表現.