朋友們
憐憫 冰人 Ötzi約公元前 3500 年。據說他曾參與銅冶煉，因為在他的頭髮中發現了銅粒和砷，砷是某些銅礦石的微量元素。他不僅被砒霜慢慢毒死，而且為了冶煉銅，他必須將木火溫度升高到約 1085ºC (1985ºF)。 上一篇文章.銅中的砒霜確實有其好處，因為它使銅的強度比純銅強一些。
Otzi時代後不久，金屬工人發現在銅中加入10%的錫就可以製造青銅。青銅不僅硬度明顯高於銅，而且熔化溫度比純銅低近 100ºC，使金屬加工變得更加容易。青銅時代 青銅時代開始了。這段時期正好是學者們所認定的現代文明的開始，例如埃及和希臘。
由於青銅的熔解溫度較低，因此能更好地填充模具。在圖 1 中可以明顯看出這種模具填充性的改善。這張照片顯示了我所制作的銅製和青銅製斧頭。左邊的銅斧顯示出模具填充不良的跡象。
圖 1.左邊是銅制的，右邊是為 Dr. Ron 製作的青銅斧。 達特茅斯學院課程 ENGS 3:材料：文明的本質。請注意，由於銅的熔解溫度較高，因此銅斧的模具填充性較差。
在我看來，幾乎可以肯定青銅時代與焊接的發展有關。最早的 焊接的證據的最早證據是在公元前 3000 年左右，當時的蘇美爾人可以說是最早的文明。 蘇美爾人用高溫焊料裝配他們的劍。由於大部分銅對銅焊接的基本金屬是錫，早期的金屬工人幾乎可以肯定，錫可以用來在比熔煉更低的溫度下將銅片或青銅片連接在一起。
在歐盟於 2006 年限制焊料中的鉛含量之前，大多數電子焊料都是錫鉛 共晶.Eutectic 是一個希臘字，大致可翻譯成「容易熔化」。圖 2 顯示錫鉛相圖。請注意，錫的熔點為 232ºC，鉛的熔點為 327ºC，但在 63% 錫/37% 鉛的共晶濃度下，熔點溫度則降至 183ºC。此濃度與溫度稱為共晶點。
圖 2.錫鉛相圖 錫鉛相圖.請注意共晶點位於 183ºC。
在歐盟的鉛限制生效後，大多數的電子產品焊料都是以錫銀銅合金為基礎，熔點在 217-225ºC 的範圍內。這些合金中最常見的是 SAC305(Sn96.5Ag3.0Cu0.5，其中數字為重量百分比)。
雖然由於熔點較低，共晶點是一個有趣且通常有益的現象，但焊接的真正奇蹟是兩片熔點為 1085ºC 的銅片可以在不到 232ºC 的溫度下用錫基焊料粘合在一起。這個優點的價值再怎麼誇大也不為過。大自然允許我們在足夠低的溫度下，將兩片銅以機械和電氣方式接合在一起，我們可以在有電絕緣聚合物材料存在的情況下進行接合。如果沒有焊錫的這個特性，我們就不會有電子工業！還有一個額外的好處，就是這種接合是可以再加工的，因此如果一個元件失效，就可以將其更換，而無需報廢整個電子印刷電路板。
很自然地，我們會問這種接合是如何發生的。焊料中的錫會形成 金屬間與銅。通常 Cu6Sn5在錫附近形成，而Cu3Sn則在銅附近形成。.請參閱圖 3。
圖 3.Copper tin intermetallics from Roubaud et al, "Impact of IM Growth on the Mech.APEX 2001。
因此，下次當您使用智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦或其他電子裝置時，別忘了如果沒有焊接的奇蹟，這些裝置就不會存在。
乾杯
羅恩博士
