Tenn-silver-koppar
Tenn-silver-koppar ( Sn - Ag - Cu , även känd som SAC ), är en blyfri ( Pb-fri ) legering som vanligtvis används för elektronisk lödning . Det är huvudvalet för blyfri ytmonteringsteknik (SMT) montering i branschen, eftersom det är nära eutektiskt , med tillräckliga termiska utmattningsegenskaper, styrka och vätbarhet. Blyfritt lod får stor uppmärksamhet eftersom miljöeffekterna av bly i industriprodukter erkänns, och som ett resultat av Europas RoHS -lagstiftning för att ta bort bly och andra farliga material från elektronik. Japanska elektronikföretag har också tittat på Pb-fritt lod för dess industriella fördelar.
Typiska legeringar är 3–4 % silver , 0,5–0,7 % koppar och resten (95 %+) tenn . Till exempel är det vanliga "SAC305"-lodet 3,0% silver och 0,5% koppar. Billigare alternativ med mindre silver används i vissa applikationer, såsom SAC105 och SAC0307 (0,3 % silver, 0,7 % koppar), på bekostnad av en något högre smältpunkt.
Historia
År 2000 fanns det flera blyfria sammansättningar och initiativ för chipprodukter som drivs av Japan Electronic Industries Development Association (JEIDA) och Waste Electrical and Electronic Equipment Directive (WEEE). Dessa initiativ resulterade i att tenn-silver-kopparlegeringar övervägdes och testades som blyfria lödkulaalternativ för arrayproduktsammansättningar.
2003 användes tenn-silver-koppar som ett blyfritt lod. Dess prestanda kritiserades dock eftersom den lämnade en matt, oregelbunden finish och det var svårt att hålla kopparhalten under kontroll. Under 2005 utgjorde tenn-silver-kopparlegeringar cirka 65 % av de blyfria legeringar som används i industrin och denna andel har ökat. Stora företag som Sony och Intel gick över från att använda blyhaltigt lod till en tenn-silver-kopparlegering.
Begränsningar och avvägningar
Processkraven för (Pb-fria) SAC-lod och Sn-Pb-lod är olika både materiellt och logistiskt för elektronisk montering. Dessutom är tillförlitligheten hos Sn-Pb-lödningar väl etablerad, medan SAC-lod fortfarande studeras (även om mycket arbete har gjorts för att rättfärdiga användningen av SAC-lod, såsom iNEMI Lead Free Solder Project).
En viktig skillnad är att Pb-fri lödning kräver högre temperaturer och ökad processkontroll för att uppnå samma resultat som med tenn-bly-metoden. Smältpunkten för SAC-legeringar är 217–220 °C, eller cirka 34 °C högre än smältpunkten för den eutektiska tenn-blylegeringen (63/37) . Detta kräver topptemperaturer i intervallet 235–245 °C för att uppnå vätning och uppsugning .
Några av komponenterna som är känsliga för SAC-monteringstemperaturer är elektrolytiska kondensatorer , kontakter , optoelektronik och plastkomponenter av äldre stil. Ett antal företag har dock börjat erbjuda 260 °C kompatibla komponenter för att uppfylla kraven på Pb-fria lödningar. iNEMI har föreslagit att ett bra mål för utvecklingsändamål skulle vara runt 260 °C.
SAC-lod är också legerade med ett större antal metaller, så det finns potential för ett mycket större utbud av intermetalliska material att finnas i en lödfog. Dessa mer komplexa kompositioner kan resultera i lödfogsmikrostrukturer som inte är lika grundligt studerade som nuvarande tenn-bly lodmikrostrukturer. Dessa farhågor förstärks av den oavsiktliga användningen av blyfria lod i antingen processer utformade enbart för tenn-bly lödningar eller miljöer där materialinteraktioner är dåligt förstådda. Till exempel omarbetning av en tenn-bly lödfog med Pb-fritt lod. Dessa möjligheter med blandad finish skulle kunna påverka lodets tillförlitlighet negativt.
Fördelar
SAC-lod har överträffat hög-Pb lödningar C4-fogar i keramiska kulgittersystem (CBGA), som är kulgitteruppsättningar med ett keramiskt substrat. CBGA visade genomgående bättre resultat i termisk cykling för Pb-fria legeringar. Fynden visar också att SAC-legeringar är proportionellt bättre när det gäller termisk utmattning när det termiska kretsloppsområdet minskar. SAC presterar bättre än Sn-Pb vid mindre extrema cykelförhållanden. En annan fördel med SAC är att den verkar vara mer motståndskraftig mot guldförsprödning än Sn-Pb. I testresultat är fogarnas hållfasthet avsevärt högre för SAC-legeringarna än Sn-Pb-legeringen. Dessutom ändras felläget från en delvis skör fogseparation till en duktil rivning med SAC.