介紹無鉛焊接材料選擇原則
節(jié)能的要求，還是技術(shù)
的考慮，無鉛化越來越成為眾多PCB廠家的選擇。
與該領(lǐng)域眾多專業(yè)人士的多次討論，我們得出下面
技術(shù)和應(yīng)用要求：
無鉛替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%
。在選擇無鉛焊條和焊錫絲時(shí)，金屬成本是其中最重要的因素；而在制作焊錫膏時(shí)，
技術(shù)成本在總體制造成本中所占比例
較高，
對(duì)金屬的價(jià)格還不那么敏感。)都要求固相溫度最小為150℃，以便滿足電子設(shè)備的工作溫度要求,最高液相溫度則視具體應(yīng)用而定。
成功實(shí)施波峰焊，液相溫度應(yīng)低于爐溫260℃。
這樣能使元件的受損程度降到最低，最大限度減小對(duì)特殊元件的要求，
還能將電路板變色和發(fā)生翹曲的程度降到最低，并避免焊盤和導(dǎo)線過度氧化。能散發(fā)熱能，合金
具備快速傳熱能力。
的某一溫度范圍內(nèi)凝固，大多數(shù)冶金專家建議將此溫度范圍控制在10℃以內(nèi)，以便形成
的焊點(diǎn)，減少缺陷。
合金凝固溫度范圍較寬，則有
會(huì)發(fā)生焊點(diǎn)開裂，使設(shè)備過早損壞。
成分無毒，此項(xiàng)要求將鎘、鉈和汞排除在考慮范圍之外；有些人也要求不能采用有毒物質(zhì)所提煉的副產(chǎn)品，因而又將鉍排除在外，鉍主要來源于鉛提煉的副產(chǎn)品。的可焊性：在現(xiàn)有設(shè)備和免清洗型助焊劑條件下該合金應(yīng)具備充分的潤(rùn)濕度，
與常規(guī)免清洗焊劑一起使用。對(duì)波峰進(jìn)行惰性
的成本不太高，
可以接受波峰焊加惰性環(huán)境的使用條件要求；但就SMT回流焊而言，合金最好要具備在空氣下進(jìn)行回流焊的能力，對(duì)回流焊爐進(jìn)行惰性成本較高。的物理特性(強(qiáng)度、拉伸度、疲勞度等) 合金提供63Sn/37Pb所能達(dá)到的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性，而且不會(huì)在通孔器件上出現(xiàn)突起的角焊縫(特別是對(duì)固液共存溫度范圍較大的合金)。某些合金的成分不能在大批量條件下重復(fù)制造，其熔點(diǎn)在批量生產(chǎn)時(shí)成分變化而發(fā)生較大變化，便不能給予考慮。3種成分構(gòu)成的合金往往會(huì)發(fā)生分離或成分變化，使得熔點(diǎn)不能保持穩(wěn)定，合金的
程度越高，其發(fā)生變化的性就越大。
。
方案時(shí)，
要考慮材料是否有充足的供貨能力。從技術(shù)的角度而言，銦是一種相當(dāng)特別的材料，但是考慮全球范圍內(nèi)銦的供貨能力，人們很快就會(huì)將它徹底排除在考慮范圍之外。
業(yè)界更青睞標(biāo)準(zhǔn)合金系統(tǒng)而不愿選專用系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)合金的獲取渠道比較寬，這樣價(jià)格會(huì)比較有競(jìng)爭(zhēng)性，而專用合金的供應(yīng)渠道則受到限制，材料價(jià)格會(huì)大幅提高。短期之內(nèi)不會(huì)立刻全面轉(zhuǎn)型為無鉛系統(tǒng)，鉛仍會(huì)用在某些元件的端子或印刷電路板焊盤上。有些含鉛合金熔點(diǎn)非常低，會(huì)降低連接的強(qiáng)度，如某種鉍/錫/鉛合金的熔點(diǎn)只有96℃，使得焊接強(qiáng)度大為降低。它成本很低，貨源充足，并具備理想的物理特性，如導(dǎo)電/導(dǎo)熱性和潤(rùn)濕性，它也是63Sn/37Pb合金的基底金屬。通常與錫配合使用的
金屬
銀(Ag)、銦(In)、鋅(Zn)、銻(Sb)、銅(Cu)以及鉍(Bi)。選擇這些材料是
與錫組成合金時(shí)
會(huì)降低熔點(diǎn)，得到理想的機(jī)械、電氣和熱性能。在考察材料的供貨能力時(shí)，將用量因素加在一起作綜合考慮得出的結(jié)果會(huì)更加清晰，例如現(xiàn)在電子業(yè)界每年63Sn/37Pb的消耗量在4.5萬噸左右，其中北美地區(qū)用量約為1.6萬噸，
只要北美有3%的裝配工廠采用含銦20%的錫/銦無鉛合金，其銦消耗量就將超過該金屬的全球生產(chǎn)能力。候選合金，我們采用技術(shù)規(guī)范將選擇縮到一個(gè)較小的范圍內(nèi)便于進(jìn)行挑選。是降低錫合金熔點(diǎn)的最有效成分，它還具有非常的物理和潤(rùn)濕性質(zhì)，但是銦非常稀有，大規(guī)模應(yīng)用太過昂貴。基于這些原因，含銦合金將被排除在進(jìn)一步考慮范圍之外。雖然銦合金在某些特定場(chǎng)合是一個(gè)比較好的選擇，但就整個(gè)業(yè)界范圍而言則不太合適，差分掃描熱量測(cè)定也顯示77.2Sn/20In/2.8Ag合金的熔點(diǎn)很低，只有114℃，也不太適合某些應(yīng)用。
，并且隨時(shí)可以得到，它在降低錫合金的熔點(diǎn)也具有非常高的效率。就鋅而言，其主要缺點(diǎn)在于它會(huì)與氧氣迅速發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的氧化物，在波峰焊過程中，這種反應(yīng)的結(jié)果是產(chǎn)生大量錫渣，而更嚴(yán)重的是所形成的穩(wěn)定氧化物將導(dǎo)致潤(rùn)濕性變得非常差。也許通過惰性化或特種焊劑配方可以克服這些技術(shù)障礙，但現(xiàn)在人們要求在更大的工藝范圍內(nèi)對(duì)含鋅方案進(jìn)行論證，鋅合金在今后考慮過程中也會(huì)被排除在外。作用比較明顯，但對(duì)液相溫度卻沒有這樣的效果，會(huì)造成較大的固液共存溫度范圍，而凝固溫度范圍太大將導(dǎo)致焊腳提升。鉍具有非常好的潤(rùn)濕性質(zhì)和較好的物理性質(zhì)，但鉍的主要問題是錫/鉍合金遇到鉛以后其形成的合金熔點(diǎn)會(huì)比較低，而在元件引腳或印刷電路板的焊盤上都會(huì)有鉛存在，錫/鉛/鉍的熔點(diǎn)只有96℃，很
造成焊點(diǎn)斷裂。鉍的供貨能力會(huì)因鉛產(chǎn)量受到限制而下降，現(xiàn)在鉍主要還是從鉛的副產(chǎn)品中提煉出來，限制使用鉛，則鉍的產(chǎn)量將會(huì)大大減少。盡管我們也能通過直接開采獲取鉍，但這樣成本會(huì)比較高。基于這些原因，鉍合金也被排除在外。性不勝枚舉。與雙金屬合金系統(tǒng)相比，大多數(shù)四或五金屬合金可以大幅降低固相溫度，但對(duì)降低液相溫度卻無所
，大部分四或五金屬合金都不是共晶材料，這意味著在不同的溫度下會(huì)形成不同的金相形式，其結(jié)果
回流焊溫度不比簡(jiǎn)單雙金屬系統(tǒng)所需的低。一個(gè)問題是合金成分時(shí)常會(huì)發(fā)生變動(dòng)，熔點(diǎn)也會(huì)變，這在四或五金屬合金中會(huì)經(jīng)常遇到。由三種金屬組成的合金很難在焊錫膏內(nèi)的錫粉中實(shí)現(xiàn)“同批”和“逐批”一致，在四種和五種金屬組成的合金中實(shí)現(xiàn)同樣的一致性其和困難程度更大。多元合金將被排除在進(jìn)一步考慮范圍之外，除非某種多元合金成分具有比二元系統(tǒng)更好的特性。但就目前來看，業(yè)界還沒有找到哪種四或五金屬合金比二元或三元替代方案更好(無論在成本上還是性能上)。：能在最高260℃錫爐溫度下進(jìn)行連續(xù)焊接；焊接缺陷(漏焊、橋接等)少；成本盡低；不會(huì)產(chǎn)生過多焊渣。選中的合金都符合波峰焊要求，但99.3Sn/0.7Cu和95Sn/5Sb合金與替代方案相比節(jié)省更多成本。比較而言，99.3Sn/0.7Cu的液相溫度比Sn/Sb合金低13℃，99.3Sn/0.7Cu成為波峰焊最佳候選方案。也要求提供較好的潤(rùn)濕和焊接能力。焊線用合金很地拉成絲線，而且能用345～370℃的烙鐵頭進(jìn)行焊接，99.3Sn/0.7Cu合金可以滿足這些要求。金屬成本在使用焊錫膏的制造流程總成本中所占比重較少，選擇焊錫膏合金的主要要求是盡量降低回流焊溫度。考察表中所列合金，可以發(fā)現(xiàn)液相溫度最低的是95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu(熔點(diǎn)217～218℃)和96.5Sn/3.5Ag(熔點(diǎn)221℃)。無鉛替代方案，大多數(shù)大型跨國(guó)公司也開始對(duì)Sn/Ag/Cu合金作初步高級(jí)測(cè)試。對(duì)照，將同樣的電路板在設(shè)備上采用條件進(jìn)行焊接，只是焊料用傳統(tǒng)63Sn/37Pb合金。采用99.3Sn/0.7Cu合金，則有必要對(duì)波峰焊機(jī)進(jìn)行惰性以確保得到適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕度，但不對(duì)波峰焊機(jī)或風(fēng)道進(jìn)行
惰性，用CoN2tour公司的邊界惰性焊接系統(tǒng)即已足夠。
也基本一樣。測(cè)試的條件有限，對(duì)這一點(diǎn)還作更進(jìn)一步的研究。關(guān)注這一問題，是銅在錫中的溶解度很低，而且與溫度有很大關(guān)系。在大批量生產(chǎn)中，電路板的銅吸收與用Sn/Pb合金時(shí)。回流焊溫度較高時(shí)(比常規(guī)回流焊溫度高20℃)要求助焊劑中的活性劑應(yīng)具備更高的熱穩(wěn)定性。在空氣中工作，回流焊溫度較高還使普通免清洗助焊劑變色，這種助焊劑對(duì)高溫要有很強(qiáng)的承受能力。在95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金中使用UP系列焊錫膏時(shí)，即使空氣溫度達(dá)到240℃，它也不會(huì)變?yōu)樽厣蜱晟?/DIV>
6mil厚激光切割網(wǎng)板、印刷速度25mm/秒、網(wǎng)板開口間距16～50mil以及接觸式印刷，焊膏印出的輪廓非常清晰且表現(xiàn)出的脫模性能。這種焊錫膏在中止印刷后(停放超過一小時(shí))再開始使用時(shí)無需進(jìn)行攪拌，其網(wǎng)板使用壽命在8小時(shí)，粘性也可保持8小時(shí)。的印刷性。的粘力且能保持足夠的時(shí)間。。。特性地方顯示出非常相似的性能和優(yōu)點(diǎn)。電子組件進(jìn)行了熱循環(huán)試驗(yàn)(-40℃～140℃)，已完成全面熱疲勞測(cè)試研究，他們還將無鉛組件用于整車中，測(cè)試結(jié)果顯示Sn/Ag合金的可靠性與Sn/Pb合金相差無幾甚至更好。摩托羅拉公司也已經(jīng)完成了Sn/Ag和Sn/Pb合金的熱循環(huán)和振動(dòng)研究，測(cè)試表明Sn/Ag合金合格，OEM廠商在各自的Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金研究中也得到了類似的結(jié)論。所取得結(jié)果大致相當(dāng)。可行的標(biāo)準(zhǔn)無鉛焊接工藝，其基本內(nèi)容：回流焊對(duì)元件的要求也有所提高。元器件供應(yīng)商應(yīng)與電子裝配廠密切合作以高溫回流焊帶來的種種問題。本文地址：http://www.189yp.com/dz/26/2010525180846.shtml
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- 上一篇文章：無鉛焊接缺陷的分類及成因
- 下一篇文章：兩種焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)
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