3.1.1　锡的基本物理和化学特性

锡是银白色有光泽的金属，常温下耐氧化性好，暴露在空气中仍能保持较好的金属光泽度，密度为7.298g/cm3（15℃），熔点为232℃，是一种质地软、延展性好的低熔点金属。

1．锡的相变现象

锡的相变点为13.2℃：高于相变点温度时，锡是白色β-Sn；低于相变点温度时，锡开始变成粉末状（俗称锡瘟现象）。这是由于低温锡变时，锡由四方晶系的β-Sn（白锡）转变为金刚右形立方晶系的α-Sn（灰锡），会使体积增加26％左右，强度几乎消失。在-40℃附近相变速度最快，低于-50℃时，白锡将变为粉末状的灰锡。因此，纯锡一般不用于电子组装。

2．锡的化学性质

①锡在大气中有较好的抗腐蚀性，不容易失去光泽，不与水、氧气、二氧化碳发生反应。

②锡能抗有机酸的腐蚀，对中性物质来说，有较高的抗腐蚀性。

③锡是一种两性金属，能与强酸和强碱起化学反应，不能抗氯、碘、苛性钠和碱等物质的腐蚀。因此对于那些在酸性、碱性、盐雾环境下使用的组装板，需要三防涂覆保护焊点。

3．液态锡的易氧化性

锡在固态时不易氧化，然而在熔化状态下极易氧化，生成黑色的SnO。温度越高，锡的流动性越好，氧化速度也越快。锡基焊料的防氧化措施如下：

①加入防氧化油。

②使用活性炭类的固体防氧化剂。

③使用抗氧化焊料。

④采用N2保护，或采用气相（相当于真空）焊接。

4．浸析现象

浸入液态焊料中的固体金属会产生溶解，生产中将这种现象称为浸析现象或溶蚀现象，俗称“被吃”。金、银、铜等金属元素在液态锡基焊料中均有较高的溶解速度，如图3-1（a）所示。

影响浸析的因素主要有被焊金属合金元素与焊料合金元素之间的亲和力和互溶性、焊料的温度、流动速度等。温度上升，溶解速度增大；焊料流动速度增大，溶解速度也增大。

在波峰焊中，铜的浸析很严重；再流焊时也可能发生浸析现象。例如，在焊接银-钯合金端电极的片式元器件时，银-钯电极中的银会溶解到锡基焊料中，焊后造成端头脱落，俗称“脱帽”。通常在Sn-Pb焊料中添加2wt%左右的Ag可以减轻浸析现象，如图3-1（b）所示。这是由于在锡基焊料中有了一定浓度的Ag，可以减慢端头中Ag在熔融锡基焊料中的溶解速度。另外，添加少量的Ag（一般为0.4wt%Ag）也可以产生“消光”和防止小元器件“立碑”的效果。

5．Sn和许多金属元素容易形成金属间化合物

正是由于这一特性，使Sn能够与多种金属在几秒钟内完成扩散、溶解、冶金结合，形成焊点。但也是因为这一特性，容易使金属间化合物生长过快，造成焊点界面金属间化合物厚度过厚而使焊点变脆、机械性能变差，导致焊点提前失效。

6．锡的晶须问题

晶须（Whisker）是指从金属表面生长出的细丝状、针状单晶体。Sn晶须主要发生在元器件引脚和焊端表面电镀层上。锡晶须增长会引发窄间距引脚发生短路故障，引起电子产品可靠性问题。

Sn晶须的产生原因、危害、形态等，详见17.4节。

抑制Sn晶须生长的措施：

①镀暗Sn。镀Sn不加增光剂（镀暗Sn），对抑制Sn晶须生长有一定效果。

②热处理。表面镀层的热处理有3种方法：退火、熔化和回流。镀Sn后放在烘箱中烘150℃/2h或170℃/1h，可达到退火的作用；不采用电镀，采用热浸（Hot Dip）；镀Sn后回流一次，可以将镀层熔化再凝固。

③中间镀层。中间镀层是指在镀Sn前先镀一层其他金属元素作为阻挡层，然后再镀Sn。最常用的中间镀层材料为Ni。

④镀层合金化。在Sn中添加Pb、Ag、Bi、Cu、Ni、Fe、Zn等金属元素可以有效抑制Sn晶须生长，大都采用Sn-Ni镀层、日本、韩国的无铅元器件有采用Sn-Bi镀层的。

⑤增加镀Sn层厚度。一般将镀Sn层厚度增加到8～10μm。