就像我们此刻再来争论电子组装业界推行无铅是否能对环保起着作用,或是否值得推行无铅这课题已经没有多大的意义一样。我们也许没有必要去确定业界看好SAC等合金是否最科学合理了。对于被动的企业来说,我们应该做的,就是去学习和了解smt贴片生产中将被采用材料的特性了。以下众焱电子小编所介绍的就是这些合金的特性重点总结。
1、SnAgCu(SAC)
SAC合金是在SnAg的基础上加入Cu而成,假如Cu的目的是:
1)提高可靠性
2)降低熔点温度
3)提高润湿性
4)减少焊接时对Cu的溶蚀
SAC合金由于多方面性能表现较为平衡而受到看好。在过去数年来,大量的研究数据也大力的推动了它被业界认同和接受。首先是其疲劳寿命比起传统的SnPb高出许多而被看好。目前最多供应的Sn3Ag0.5Cu合金,据试验报告其疲劳寿命已经有Sn37Pb的近3倍之多。如果采用Sn3.1Ag1.5Cu合金还可能高达Sn37Pb的5倍!当我们研究SAC合金特性时也发现,Cu成分在0.5-1.5%左右,以及Ag成分在3-4.7%时的可靠性为最佳。
虽然smt业界的许多报告中提出SAC的疲劳寿命高于SnPb,但有一点需要知道的,是好些SAC合金配方的塑性应变会比Sn37Pb低。这对于某种故障模式,例如有些大尺寸的蠕变故障等是不利的。也就是说在那些使用模式下,SAC的可靠性未必会较Sn37Pb强。小编曾读过两篇对抗蠕变能力不同结果和评语的报告。所以smt贴片打样企业在使用时必须仔细的了解资料的适用和准确性。
熔点温度方面,看其中Ag和Cu成分而定。试验发现当Ag在3-4.7%,Cu在0.5-3%的范围内时,熔点温度是稳定的。一般所提供的合金组成的熔点温度在217℃左右。胶粘温度范围可能有较大的变化。例如Sn3.8Ag0.7Cu的温度是217-218℃,而Sn0.3-0.7Cu的温度范围则216-227℃。对SMT工艺而言,SAC的一般217℃熔点温度还稍嫌太高。而且虽然熔点温度是217℃,SAC合金必须达到近240℃时才能完全进入液态。所以一般建议焊接温度应该达到245℃左右。这是目前SAC合金一个美中不足的地方。
在另外一个很受关注的润湿性特性上,SAC的表现不如SnPb合金,而在数种被推荐的无铅合金中也属于较差的。但在润湿时间和润湿度的测试结果,业界认为是可以接受的。这方面如果配合DFM和质量标准的修改是不成问题的。如果对润湿性要求高些,可以在SAC的基础上采用4元合金,例如加入Bi或In而达到很好的效果。例如Sn4.1Ag0.5Cu4In合金的润湿性就十分接近Sn37Pb。润湿性是SAC的另外一个不太理想的地方。
而由于润湿性较不理想,很多SAC锡膏就需要采用不同的焊剂配方。而这些焊剂配方的改变,也意味着对于回流曲线要求,以及印刷工艺上有可能有不同的要求。所以我建议选择SAC合金的企业们应该花点时间评估锡膏的可印性和了解其精确的焊接温度曲线。
SAC合金受到欧、美、日的一些权威机构所认同和推荐,例如美国的NEMI,欧洲的DTI,以及日本的JEITA等。推荐的配方以Sn3-4Ag0.5-2Cu范围为多。
2、SnAg
早期就开始被用在厚膜技术中。主要的配方有Sn3-5Ag。多年的实际使用经验是它的强点。也由于它的高熔点温度(221-245℃),曾在80年代被使用在双面回流的第一面回流工艺上。SnAg目前供应相当普遍,以日本产家为主。主要的成分配方是Sn3.5Ag(221℃共晶)。
可靠性特性方面,Sn3.5Ag的抗拉和抗屈强度不如Sn37Pb,但塑性应变以及杨氏模量优于Sn37Pb。综合结果,从疲劳寿命试验中,测试结果是优于Sn37Pb约15%。
SnAg的润湿性和SnPb接近,对Cu的润湿性稍差与SnPb但对Ni较好。
SnAg的应用范围估计不会受到无铅技术的影响。虽然其润湿性优于SAC合金,但由于其熔点温度还高于一般的SAC,可靠性也不如SAC,估计被使广泛用在一般无铅SMT的机会也不大。
未完待续…
剩下的内容将会在《被看好的数种合金的特性:SnCu、SnSb、SnBi和SnAgCuBi》一文中继续讲解分析。
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