介紹無鉛焊接材料選擇原則
節能的要求，還是技術
的考慮，無鉛化越來越成為眾多PCB廠家的選擇。
與該領域眾多專業人士的多次討論，我們得出下面
技術和應用要求：
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，金屬成本是其中最重要的因素；而在制作焊錫膏時，
技術成本在總體制造成本中所占比例
較高，
對金屬的價格還不那么敏感。)都要求固相溫度最小為150℃，以便滿足電子設備的工作溫度要求,最高液相溫度則視具體應用而定。
成功實施波峰焊，液相溫度應低于爐溫260℃。
這樣能使元件的受損程度降到最低，最大限度減小對特殊元件的要求，
還能將電路板變色和發生翹曲的程度降到最低，并避免焊盤和導線過度氧化。能散發熱能，合金
具備快速傳熱能力。
的某一溫度范圍內凝固，大多數冶金專家建議將此溫度范圍控制在10℃以內，以便形成
的焊點，減少缺陷。
合金凝固溫度范圍較寬，則有
會發生焊點開裂，使設備過早損壞。
成分無毒，此項要求將鎘、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所提煉的副產品，因而又將鉍排除在外，鉍主要來源于鉛提煉的副產品。的可焊性：在現有設備和免清洗型助焊劑條件下該合金應具備充分的潤濕度，
與常規免清洗焊劑一起使用。對波峰進行惰性
的成本不太高，
可以接受波峰焊加惰性環境的使用條件要求；但就SMT回流焊而言，合金最好要具備在空氣下進行回流焊的能力，對回流焊爐進行惰性成本較高。的物理特性(強度、拉伸度、疲勞度等) 合金提供63Sn/37Pb所能達到的機械強度和可靠性，而且不會在通孔器件上出現突起的角焊縫(特別是對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制造，其熔點在批量生產時成分變化而發生較大變化，便不能給予考慮。3種成分構成的合金往往會發生分離或成分變化，使得熔點不能保持穩定，合金的
程度越高，其發生變化的性就越大。
。
方案時，
要考慮材料是否有充足的供貨能力。從技術的角度而言，銦是一種相當特別的材料，但是考慮全球范圍內銦的供貨能力，人們很快就會將它徹底排除在考慮范圍之外。
業界更青睞標準合金系統而不愿選專用系統，標準合金的獲取渠道比較寬，這樣價格會比較有競爭性，而專用合金的供應渠道則受到限制，材料價格會大幅提高。短期之內不會立刻全面轉型為無鉛系統，鉛仍會用在某些元件的端子或印刷電路板焊盤上。有些含鉛合金熔點非常低，會降低連接的強度，如某種鉍/錫/鉛合金的熔點只有96℃，使得焊接強度大為降低。它成本很低，貨源充足，并具備理想的物理特性，如導電/導熱性和潤濕性，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
會降低熔點，得到理想的機械、電氣和熱性能。在考察材料的供貨能力時，將用量因素加在一起作綜合考慮得出的結果會更加清晰，例如現在電子業界每年63Sn/37Pb的消耗量在4.5萬噸左右，其中北美地區用量約為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能力。候選合金，我們采用技術規范將選擇縮到一個較小的范圍內便于進行挑選。是降低錫合金熔點的最有效成分，它還具有非常的物理和潤濕性質，但是銦非常稀有，大規模應用太過昂貴。基于這些原因，含銦合金將被排除在進一步考慮范圍之外。雖然銦合金在某些特定場合是一個比較好的選擇，但就整個業界范圍而言則不太合適，差分掃描熱量測定也顯示77.2Sn/20In/2.8Ag合金的熔點很低，只有114℃，也不太適合某些應用。
，并且隨時可以得到，它在降低錫合金的熔點也具有非常高的效率。就鋅而言，其主要缺點在于它會與氧氣迅速發生反應，形成穩定的氧化物，在波峰焊過程中，這種反應的結果是產生大量錫渣，而更嚴重的是所形成的穩定氧化物將導致潤濕性變得非常差。也許通過惰性化或特種焊劑配方可以克服這些技術障礙，但現在人們要求在更大的工藝范圍內對含鋅方案進行論證，鋅合金在今后考慮過程中也會被排除在外。作用比較明顯，但對液相溫度卻沒有這樣的效果，會造成較大的固液共存溫度范圍，而凝固溫度范圍太大將導致焊腳提升。鉍具有非常好的潤濕性質和較好的物理性質，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會比較低，而在元件引腳或印刷電路板的焊盤上都會有鉛存在，錫/鉛/鉍的熔點只有96℃，很
造成焊點斷裂。鉍的供貨能力會因鉛產量受到限制而下降，現在鉍主要還是從鉛的副產品中提煉出來，限制使用鉛，則鉍的產量將會大大減少。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。與雙金屬合金系統相比，大多數四或五金屬合金可以大幅降低固相溫度，但對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形成不同的金相形式，其結果
回流焊溫度不比簡單雙金屬系統所需的低。一個問題是合金成分時常會發生變動，熔點也會變，這在四或五金屬合金中會經常遇到。由三種金屬組成的合金很難在焊錫膏內的錫粉中實現“同批”和“逐批”一致，在四種和五種金屬組成的合金中實現同樣的一致性其和困難程度更大。多元合金將被排除在進一步考慮范圍之外，除非某種多元合金成分具有比二元系統更好的特性。但就目前來看，業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℃錫爐溫度下進行連續焊接；焊接缺陷(漏焊、橋接等)少；成本盡低；不會產生過多焊渣。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，可以發現液相溫度最低的是95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu(熔點217～218℃)和96.5Sn/3.5Ag(熔點221℃)。無鉛替代方案，大多數大型跨國公司也開始對Sn/Ag/Cu合金作初步高級測試。對照，將同樣的電路板在設備上采用條件進行焊接，只是焊料用傳統63Sn/37Pb合金。采用99.3Sn/0.7Cu合金，則有必要對波峰焊機進行惰性以確保得到適當的潤濕度，但不對波峰焊機或風道進行
惰性，用CoN2tour公司的邊界惰性焊接系統即已足夠。
也基本一樣。測試的條件有限，對這一點還作更進一步的研究。關注這一問題，是銅在錫中的溶解度很低，而且與溫度有很大關系。在大批量生產中，電路板的銅吸收與用Sn/Pb合金時。回流焊溫度較高時(比常規回流焊溫度高20℃)要求助焊劑中的活性劑應具備更高的熱穩定性。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，這種助焊劑對高溫要有很強的承受能力。在95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金中使用UP系列焊錫膏時，即使空氣溫度達到240℃，它也不會變為棕色或琥珀色。6mil厚激光切割網板、印刷速度25mm/秒、網板開口間距16～50mil以及接觸式印刷，焊膏印出的輪廓非常清晰且表現出的脫模性能。這種焊錫膏在中止印刷后(停放超過一小時)再開始使用時無需進行攪拌，其網板使用壽命在8小時，粘性也可保持8小時。的印刷性。的粘力且能保持足夠的時間。。。特性地方顯示出非常相似的性能和優點。電子組件進行了熱循環試驗(-40℃～140℃)，已完成全面熱疲勞測試研究，他們還將無鉛組件用于整車中，測試結果顯示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完成了Sn/Ag和Sn/Pb合金的熱循環和振動研究，測試表明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論。所取得結果大致相當。可行的標準無鉛焊接工藝，其基本內容：回流焊對元件的要求也有所提高。元器件供應商應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.jssjbk.com/dz/26/2010525180846.shtml
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