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异种金属的电化学腐蚀

并非所有金属都能很好地结合在一起。这一点也影响到了电子产品及其所用材料。一个相对较新的相关例子是,随着 RoHS 的出现,人们希望找到一种 "无须改造 "即可替代 SnPb(Ag)焊料的材料。作为一种可能的替代品,锡(Sn)和锌(Zn)的共晶混合物非常具有吸引力。91Sn 9Zn 为共晶,不含任何 RoHS 材料,熔点为 199C,仅比共晶锡铅焊料高 16 度,比常见的 SAC 混合物低 20 度,而且不含任何昂贵的贵金属。

但合金中含有锌。这是一个障碍,原因有二。锌具有很强的反应性,因此很难制作出稳定的焊锡膏(具有相当长的保存期限)的助焊剂载体。第二个原因,也就是我们将在本篇文章中详述的原因,是锌的电极电位。

金属之间的电极电位差越大,发生电化学腐蚀的可能性就越大。Cu(铜)的电极电位是 +0.334V。锡(Sn)和铅(Pb)的电极电位分别为 -0.140V 和 -0.126V。而锌的电极电位为 -0.761V。因此,锌与铜的偶然接触会产生 1.095V 的电位差。再加上一点湿度(潮气),这就是发生电化学腐蚀的主要原因。卤化离子(盐雾)的存在会进一步加剧电化学腐蚀。

综上所述,91%Sn 和 9%Zn 的焊料合金会有问题吗?

为了找出答案,我做了一个简单的实验。

我拿了一些 SnZn 焊带和铜箔,简单地把它们放在一起,然后在劳动节长周末(超过 72 小时)将它们暴露在 85C/85%RH 的环境中。

下面是锡锌焊带在上述条件下使用前的图像。

未老化的原始锡锌焊带

下一张图片显示的是锡锌焊带在 85C/85%RH 下暴露超过 72 小时后的情况。这个焊带样品没有与任何其他金属接触。我试图确定这种合金在这些条件下的 "正常 "氧化情况。同样,我也对铜试样进行了测试。(下一张图片)

老化 "锡锌焊带的图像

"陈年 "铜质优惠券

最后一张图片显示了铜与锡锌焊带偶然接触的效果。请注意,铜箔的氧化/腐蚀情况要严重得多。

与锡锌焊带接触的 "老化 "铜券

在这个简单的实验中,我们可以看到锡锌焊料合金与铜偶然接触产生的电化学腐蚀效应。我之所以说 "偶然接触",是因为这两种材料只是相互接触,并没有焊接在一起。如果这些材料被粘合在一起,没有缝隙让水渗入,效果是否会一样大,这将是一个有趣的问题。