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锡的基本物理化学特性

锡的基本物理化学特性

锡是银白色有光泽的金属,常温下耐氧化性好,暴露地在空气仍能保持光泽度,其密度为7.298g/cm3(15℃),熔点232,是一种质地软, 延展性好的低熔点金属。
一.锡的相变现象
相变是指在固体状态下,由于原子排列发生变化而产生相变(同素异构转变)的现象
锡的相变点为13.2℃。高于相变点温度时是色B-Sn,呈体心(正)立方晶格,富有延展性;低于相变点温度时变成粉末状、灰色 a-Sn,呈金刚石型晶格的金相结构,B-Sn的度为7.298g/cm3(15℃),a-Sn的密度为5.77g/cm3(1℃),发生相变时体积会加26%左右。低温锡的相变将导致钎料变脆,强度儿乎消失。在-40℃附近相变速度蕞快,当温度低下-50℃时,金属锡变为粉末状的灰锡。传说在俄国的沙皇时代,其军大衣的纽扣曾用锡铸造,可是,在一个严寒的条天,发現这些纽扣不翼面飞,在相应的地方只留下一滩滩灰色的粉末。其实这就是相变造成的。因此,纯锡不能用于电子组装。
锡的相变现象除了与温度有关,还与锡的纯度有关。因此,添加0.1%-0.5%的锑和铋元素就可以有效防止这种相变的发生,防止a-Sn的形成。


二.锡的化学性

1.锡在大气中有较好的抗腐蚀性,不容易失去光泽,不受水、氧气,二氧化的作用。
2.锡能抗有机酸的腐蚀,对中性物质来说,有较高的抗腐蚀性的。
3.锡是一两性金属,能与强酸和强碱起化学反,不能抗氯、碘、苛性钠、苛性碱等物质的腐蚀,因此,对于那些在酸性、碱性、盐雾环境使用的组装板,需要三防涂覆保护焊点。

三.液态锡的氧化性
锡在固态时不易化,然而在熔化状态极易氧化,生成黑色的氧化锡,氧化反应的速度与温度和液态焊料的流动性有关,温度越高,流动速度越快,氧化速度也快,如波峰焊时,在机械泵的搅拌下,加强了氧化物的生成,大部分以锡渣的形式出现在锡槽的表面,严重时会堵塞波峰出口,大量黒色SnO粉末的生成会导致焊料性能恶化、变质,严重时整个焊料均会报废。另外在一些高活性助焊剂的作用下,还会生成大量白争粉末状SnO2残渣,这些白色和黑色的残渣与SN混在一起, 造成出渣量上升,增加波峰焊的成本。
    Sn-Pb共晶焊料中Sn的含量为63%,波峰焊高温氧化问题已经很严重,无铅波峰焊由于Sn的含量达95%以上,如果采用Sn-Cu合金,Sn的含量达99%以上,焊接温度比Sn-Pb共晶焊料提高30度,因此液态焊料高温氧化问题更加严重。
锡基焊料的防氧化措施如下
1.加入防氧油。
2.使活性炭类的固体防氧化剂。
3.使用防氧化焊料。防氧化焊料是在锡铅合金中添加少量的金属粉末,来提高
焊料的防氧化性能。日前使用较多是加入微量稀有金属末改善锡铅焊料的防氧化性能,焊接工艺性如润湿性不会受影响。
4.采用N2保护。


四.浸析现象

浸入液态焊料中的固体金属会产生溶解,生产中将这种现象称为浸析现象,或溶蚀现象,俗称“被吃”。金、银、铜等金属元素在液态锡基焊料中均有较高的溶解速度。
影响浸析的因素主要有被焊金属合金元素与焊料合金元素之间的亲和力和互溶性、焊料有温度、流动速度等、温度上升,溶解速度增大;焊料流动速度增大,溶解速度也增大。
在生产中应正确调节焊接的时间和温度,特别是在波峰焊中,以避免过量的铜溶于焊料中(PCB焊盘、引脚均为铜)。应经常监测焊料中铜的含量,一旦超标,应急时清除过量的铜锡合金。
回流焊时也可能发生浸析现象。例如,在焊接厚膜电路和银-钯合金端电极和片式元件时也会出现析象,银-钯电极中的银会溶解到锡基焊料中,焊后造成端子头脱落,俗称脱帽现象。回流焊遇到银-钯合金端电极的片式元件时,使有Ag焊料,一般在Sn-Pb焊料中添加2%左右的Ag可以减轻浸析现,这是由于在锡基焊中有了一定浓和Ag,这样可以减慢膜端头中Ag在熔融锡基焊料中的溶解速度。

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