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焊錫的主要成分及其性質

焊錫以鉛-錫(Pb-Sn)二元合金為主要的種類,鉛-錫合金的共晶點在183 ℃,61.9wt%錫之處,因此37%鉛-63% 錫合金被稱為共晶焊錫,在電子構裝的應用中亦以接近共晶成份的焊錫(40%鉛-60%錫)為主。焊錫可借調整其中鉛錫的比例改變其熔點以符合制程之需求,許多不同化學成份的焊錫合金也因此被發展出來,一般而言,高鉛含量的焊錫適用于溫度較高的焊接制程;高錫含量的焊錫則專供有防蝕特殊需求的焊接使用。


焊錫中可添加少量元素以改善其性質。例如,添加低于2%的銀可以提高機械強度而不致嚴重損壞焊錫性質,并可使焊錫在鍍銀表面進行接合時不致因銀的熔解而降低其潤濕性;添加銻亦可提高焊錫機械強度并降低其成本,但其添加量以3.5%為上限;添加銦的焊錫可以提升其在陶瓷表面的潤濕性,銦同時可以抑制金在焊錫中的溶解;銦、鉍、鎘可與鉛、錫組成熔點低于鉛錫共晶溫度的合金,適合低溫之焊接制程與高熱敏性的元件焊接之應用。


在焊接過程中,熔融的錫很容易與其它金屬反應形成介金屬化合物。介金屬化合物脆性高,也會影響焊錫的表面張力與潤濕性,一般而言過量介金屬化合物的存在有害焊點的性質。研究顯示介金屬化合物的成長是一個擴散控制的過程,故焊接過程中應盡可能將低接合溫度,縮短焊接時間,以使介金屬化合物的形成量降至最低。


添加銅的目的在減少銅的溶解速度,延長銅焊接工具的使用壽命,但過量的銅會造成礫狀焊點;為了避免鉛在制程中的污染,無鉛焊錫因而成為焊錫研究的重點之一,舉例而言,95% 錫-5%銻與96.5%錫-3.5%銀為高強度焊錫,具有抗疲勞與潛變破壞的特性;80%金-20%錫與65%錫-25%銀-10%銻為焊點強度有特殊需求的焊錫。