並非所有的金屬都能很好地搭配。這也滲透到電子產品及其所用的材料領域。一個相對較新且相關的例子來自 RoHS 的出現,以及尋找 SnPb(Ag)焊錫的 「即插即用 」替代品的願望。Sn (錫) 和 Zn (鋅) 的共晶混合物作為可能的替代品非常具有吸引力。91Sn 9Zn 是共晶,不含任何 RoHS 物料,熔點為 199C,僅比共晶 SnPb 焊料高 16 度,比一般 SAC 混合料低 ~20 度,且不含任何昂貴的貴金屬。
但合金中含有 Zn。這是一個障礙,原因有二。鋅具有相當高的反應性,因此很難製造出可讓焊膏穩定(擁有可觀的保存期限)的助焊劑。第二個原因,也就是我們將在這篇文章中詳細討論的,是 Zn 的電極電位。
金屬之間的電極電位差越大,發生電化腐蝕的可能性就越高。Cu(銅)的電極電位為 +0.334V。Sn(錫)和 Pb(鉛)的電極電位分別為 -0.140V 和 -0.126V。而 Zn 的電極電位為 -0.761V。因此,Zn 與 Cu 的偶然接觸會產生 1.095V 的電勢差。如果再加上一點濕度(濕氣),就很容易發生電化腐蝕。鹵化離子(鹽霧)的存在會進一步加重這種情況。
那麼,考慮到這些,91%Sn 和 9%Zn 的焊料合金會有問題嗎?
我做了一個簡單的實驗來找出答案。
我拿了一些 SnZn 焊帶和銅券,簡單地將它們疊在一起,然後在勞動節的長週末(>72 小時)將它們曝露在 85C/85%RH 之下。
以下是 SnZn 焊帶在呈現上述條件前的影像。
下一張圖片顯示的是在 85C/85%RH 下曝露 >72 小時之後的 SnZn 焊帶。這個焊帶樣品沒有接觸任何其他金屬。我嘗試確定這種合金在這些條件下的「正常」氧化情況。同樣地,我也對銅片進行了測試。(下一張圖片)
最後一張圖片顯示了銅與 SnZn 焊帶偶然接觸的效果。請注意銅片的氧化/腐蝕情況有多嚴重。
在這個簡單的實驗中,我們可以看到 SnZn 焊料合金與銅偶然接觸所產生的電化腐蝕效果。我說 「偶然接觸」,是因為材料只是互相接觸,並沒有焊接在一起。如果材料被粘合在一起,沒有空隙讓水滲透,效果是否會同樣顯著,這將是一個有趣的問題。






