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综述

金锡合金 gold-tin alloys

金锡合金简介

金锡合金焊料具有强度高,抗氧化性能好,抗热疲劳和蠕变性能优良,熔点低,流动性好等特点,使其成为光电子封装的最佳焊料。随着光电子器件的快速发展,对金锡合金焊料的需求也越来越大。
金锡合金焊料的性能优良,可靠性高,无污染,已逐渐被越来越多的人认识和应用。虽然金锡合金焊料中含有大量的金,价格昂贵,对于它的优良品质,可以说物有所值。但是,金锡合金焊料的脆性较大,不易成形与制备焊片,还由于材料成本与制造成本过高等因素,严重制约了金锡合金的应用。

金锡合金组成

Au是ⅠB族元素,Sn是ⅣA族元素,Au和Sn的扩散机制是间隙机制,所以扩散速度很快。金锡二元合金相图很复杂,存在许多中间相,这些中间相都是硬脆相,金锡所有成分的合金都是由这些金锡中间相组成的。共晶金锡合金的熔点最低,为280 ℃,由金锡中间相 δ ( AuSn ) 和密排六方相 ζ (Au5Sn)组成,它具有优良的焊接工艺性能和焊接接头强度。 金锡共晶合金焊料中锡的质量分数为20%,焊料的熔点是280 ℃,处于共晶点位置。当温度大于280 ℃时,该合金为液态,当温度慢慢下降时,发生共晶反应,生成不稳定的ζ 相和δ相 AuSn。当温度继续下降至190℃时发生共析反应生成ζ 相Au5Sn。

金锡合金的性能

金锡共晶焊料处于共晶点位置,熔点为280℃,焊接温度只需300 ℃~310 ℃ ,仅比熔点高出20 ℃~30 ℃ 。在焊接过程中,基于合金的共晶成分,很小的过热度就能使合金熔化并润湿器件;另外,金锡共晶合金的凝固过程进行得也很快。因此,金锡共晶合金的使用能够大大缩短整个焊接过程周期。
金锡共晶合金的焊接温度范围适用于对稳定性要求很高的元器件组装。同时,这些元器件也能够承受随后在相对低一些的温度利用无铅焊料的组装。这些焊料的组装温度大约在260 ℃ ,当这些焊料完成熔化、焊接时,金锡共晶合金焊接头不会失效。
虽然金锡共晶合金的熔点温度较低,但其仍属于硬焊料。焊接接头的强度是评判焊接质量的首要指标,该强度越高,说明可靠性越高,反之则越差。
金锡共晶焊料在室温下的屈服强度很高,即使在250 ℃~260 ℃的温度下,它的强度也能够胜任器件气密性要求。
金锡共晶合金焊料的热导系数很高,比常用的某些Sn基合金、Pb基合金及Au基合金低温焊料具有更为优良的热导性。
金锡共晶合金焊料处于共晶点成分,所以熔化后流动性能很好,粘滞力小。焊接熔化后很容易铺展,且能填充一些较小的空隙。特别是焊接光纤头时,采用金锡共晶合金制备的焊环在焊接温度下,快速熔化并充满待焊间隙,完成焊接。
金锡共晶合金的抗蠕变性能和抗疲劳性能也很优良。一些电子产品的应用环境可能十分恶劣,如军用电子产品,这些产品往往要经受温度的循环变化和应力的循环变化,为了保证器件工作的正常运行,采用金锡焊料,可以有效的防止蠕变和疲劳引起的焊点。
金锡焊料中含有大量的金,所以焊料金属的抗氧化性能优良,在空气中焊接时,材料表面的氧化程度较低,可以得到可靠的焊接接头,同时还具有好的抗腐蚀性能和导电性能。
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- 来自原声例句
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