Припой Sn90Sb10 разработан для удовлетворения строгих требований в бессвинцовой среде с высокой температурой плавления, где обычные сплавы SAC305 или Sn63Pb37 не выдерживают структурных характеристик выше 150°C, а его номинальный состав, 90 массовых процентов олова и 10 массовых процентов сурьмы, обеспечивает температуру солидуса 239°C и температуру ликвидуса 241°C, что приводит к исключительно узкому плавлению. Диапазон температур всего 2°C, что обеспечивает точный температурный контроль во время пайки погружением, пайки волновой пайкой и операций ручного лужения.
Микроструктура состоит в основном из богатой оловом матрицы α-фазы с вкраплениями мелкодисперсных интерметаллических соединений SbSn, которые действуют как эффективные измельчители зерен и места закрепления дислокаций, тем самым повышая предел текучести примерно до 48 МПа при комнатной температуре и сохраняя более 32 МПа даже при 125 ° C, уровень значительно выше, чем у Sn96,5Ag3,0Cu0,5, который падает ниже 20 МПа при одинаковой термической нагрузке, и это сохраняется Прочность напрямую приводит к уменьшению возникновения термомеханических усталостных трещин в соединениях, подвергающихся многократному термоциклированию при температуре от -40°C до 125°C.
Стойкость к окислению значительно улучшена по сравнению со сплавами на основе чистого олова за счет образования плотного, прочного слоя смешанного оксида SnO₂–Sb₂O₃ во время работы с расплавом, что снижает образование окалины до 35 % по сравнению с прутьями Sn99.3Cu0.7 при идентичных условиях пайки волновой пайкой при 255°C, а отсутствие серебра устраняет опасения по поводу образования пустот, вызванных электромиграцией при высокой плотности тока. интерфейсов, а также снижает стоимость сырья примерно на 22% по сравнению с Ag-содержащими альтернативами с сопоставимыми характеристиками плавления.
Смачиваемость медных подложек остается высокой, несмотря на повышенную температуру плавления, достигая площади растекания 78% через 3 секунды при 260 ° C в атмосфере азота с 100 PPM O₂, а сплав демонстрирует стабильное капиллярное течение в зазоры с мелким шагом до 0,15 мм без закупоривания или оседания, при условии, что активность флюса соответствует умеренно активированным составам на основе канифоли, содержащим производные абиетиновой кислоты и гликоль. сложные эфиры, поскольку чрезмерно агрессивные галогенированные активаторы могут ускорить растворение Sb из расплавленной фазы и поставить под угрозу долговременную межфазную адгезию.
Рост интерметаллических соединений на границе раздела припой-медь подчиняется закону параболической кинетики с энергией активации 72 кДж/моль, что приводит к толщине Cu₆Sn₅ всего 1,8 мкм после 1000 часов при 150°C, что существенно меньше, чем 4,3 мкм, наблюдаемые для SAC305 при одинаковом старении, и это ограниченное развитие IMC сохраняет пластичность в соединении. периферии и задерживает начало хрупкого разрушения во время испытаний на сдвиг, при этом соединения Sn90Sb10 сохраняют среднюю силу разрушения 28,4 Н на компонентах 0805 даже после 2000 циклов при температуре от -55°C до 150°C.
Стабильность при хранении является бескомпромиссной: через 12 месяцев в запечатанных полиэтиленовых пакетах при 25°C и относительной влажности 60 % не обнаружено видимой сегрегации или разделения фаз, а стержни для испытаний на растяжение, отлитые из одной партии, показывают коэффициент вариации предела прочности на разрыв ниже 3,7 %, что подтверждает воспроизводимость от партии к партии, необходимую для автомобильного производства, отвечающего требованиям AEC-Q200, в то время как допуск на размеры стержня поддерживается на уровне ±0,2 мм в диаметре по стандарту 3,2. номинального сечения мм, что обеспечивает надежную подачу в автоматические устройства подачи припойной проволоки и сводит к минимуму случаи застревания во время операций непрерывной подачи.
Теплопроводность составляет 52 Вт/м·К при 25°C, что обеспечивает более быстрый отвод тепла от паяных выводов силовых MOSFET-транзисторов и модулей IGBT, а линейный коэффициент теплового расширения составляет в среднем 22,6 × 10⁻⁶/°C при температуре от 25°C до 125°C, что делает его ближе к материалу печатной платы FR-4, чем к алюминиевым сплавам радиатора, тем самым уменьшая накопление напряжения сдвига на уровне платы. интерфейсов во время рабочего нагрева, а реальные полевые данные от трех автомобильных поставщиков уровня 1 указывают на нулевой гарантийный возврат, связанный с отказом паяных соединений в блоках управления двигателем, собранных на Sn90Sb10, в течение 42 месяцев развертывания на 1,7 миллионах автомобилей.
