熱分析-STA 無鉛焊錫含磷量之耐熱性的評估

無鉛焊錫含磷量之耐熱性的評估

1. 介紹
有害物質控制指令RoHS在全球擴展，使用無鉛焊料比例已逐漸增加。然而，無鉛焊料具有較高的熔融溫度，焊接必須在高溫下進行。這麼一來促進了錫的氧化，削弱接頭連接的強度。
焊料的組成需考慮包括可操作性、力學性能和成本等各種材質特性，不過，關鍵的是要研究組成時所造成的氧化反應差異，藉此考慮工作條件。
在這裡簡短的說明如何使用熱重/差熱差分析儀（TG / DTA）來衡量添加劑對無鉛焊錫耐熱性的影響。

2. 測量
樣品是Sn-3Ag-0.5Cu焊錫焊料，填加不同程度氧化磷（磷含量：0、25、50ppm）。
使用TG / DTA 6200測量，測量條件為如下；
樣品重量：10毫克，
氣氛：空氣，
溫度範圍：室溫至450℃，20℃/min。
在上述條件下，含磷50ppm的樣品加熱一小時，在260℃之前被測量出來。

3. 結果
圖1顯示了不同磷含量的Sn-3Ag-0.5Cu焊錫其TG/DTA分析結果。測量了所有樣本，DTA曲線磷熔融峰在216℃。無磷樣品在融化後立即顯示一個放熱峰（246℃），同一溫度區域TG曲線顯示重量增加，這個放熱反應表明焊料氧化，導致重量增加。

若樣品有添加磷會抑制氧化放熱反應，這種表示磷有鎮壓氧化作用的功能。此外，由DTA曲線的放熱反應的差異顯示氧化和重量增加，樣品中50ppm磷比用25ppm的樣品，更有效地壓制這些反應。

圖2顯示了磷含量50ppm的焊接試樣，使用TG/DTA加熱1小時，在260℃分析結果。熔融峰沒有改變，這表示焊接溫度為260℃時不會改變焊料的性質。此外，沒有融化後放熱反應，這表明磷抑制氧化作用是持久的。

4. 總結
在這簡單的說明一下，TG/DTA是用來測量無鉛焊錫內不同的磷含量。結果證實放熱峰的存在及由於氧化使重量增加。因為TG及DTA測量同時進行，因此可以在簡短的時間內很容易地評估無鉛焊料的添加劑多寡其耐熱性造成差異的及其氧化作用，這種能力使得TG/DTA成為調查焊接溫度和氧化降解之間關係的有效工具。