電子裝配對(duì)無(wú)鉛焊料的基本要求合金選擇

在各種候選無(wú)鉛合金中，錫(Sn)都被用作基底金屬，因?yàn)樗杀竞艿停浽闯渥?，并具備理想的物理特性，如?dǎo)電/導(dǎo)熱性和潤(rùn)濕性，同時(shí)它也是63Sn/37Pb合金的基底金屬。通常與

導(dǎo)電性好這是電子連接的基本要求。

導(dǎo)熱性好為了能散發(fā)熱能，合金必須具備快速傳熱能力。

較小固液共存溫度范圍非共晶合金會(huì)在介于液相溫度和固相溫度之間的某一溫度范圍內(nèi)凝固，大多數(shù)冶金專(zhuān)家建議將此溫度范圍控制在10℃以?xún)?nèi)，以便形成良好的焊點(diǎn)，減少缺陷。如果合金凝固溫度范圍較寬，則有可能會(huì)發(fā)生焊點(diǎn)開(kāi)裂，使設(shè)備過(guò)早損壞。

低毒性合金及其成分必須無(wú)毒，所以此項(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，因?yàn)殂G主要來(lái)源于鉛提煉的副產(chǎn)品。

具有良好的可焊性在現(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，能夠與常規(guī)免清洗焊劑一起使用。由于對(duì)波峰進(jìn)行惰性處理的成本不太高，因此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，因?yàn)閷?duì)回流焊爐進(jìn)行惰性處理成本較高。

良好的物理特性(強(qiáng)度、拉伸度、疲勞度等)合金必須能夠提供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)。

生產(chǎn)可重復(fù)性/熔點(diǎn)一致性電子裝配工藝是一種大批量制造工藝，要求其重復(fù)性和一致性都保持較高的水平，如果某些合金的成分不能在大批量條件下重復(fù)制造，或者其熔點(diǎn)在批量生產(chǎn)時(shí)由于成分變化而發(fā)生較大變化，便不能給予考慮。3種以上成分構(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，合金的復(fù)雜程度越高，其發(fā)生變化的可能性就越大。

焊點(diǎn)外觀焊點(diǎn)的外觀應(yīng)與錫/鉛焊料接近，雖然這并非技術(shù)性要求，但卻是接受和實(shí)施替代方案的實(shí)際需要。

供貨能力當(dāng)試圖為業(yè)界找出某種解決方案時(shí)，一定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，但是如果考慮全球范圍內(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。

另外業(yè)界可能更青睞標(biāo)準(zhǔn)合金系統(tǒng)而不愿選專(zhuān)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(zhuān)用合金的供應(yīng)渠道則可能受到限制，因此材料價(jià)格會(huì)大幅提高。

與鉛的兼容性由于短期之內(nèi)不會(huì)立刻全面轉(zhuǎn)型為無(wú)鉛系統(tǒng)，所以鉛可能仍會(huì)用在某些元件的端子或印刷電路板焊盤(pán)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。

無(wú)鉛焊接裝配的基本工藝包括:a.無(wú)鉛PCB制造工藝;b.在焊錫膏中應(yīng)用的96.5Sn/3.5Ag和95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu共晶和近似共晶合金系統(tǒng);c.用于波峰焊應(yīng)用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系統(tǒng);d.用于手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系統(tǒng)。盡管這些都是可行工藝，但具體實(shí)施起來(lái)還存在幾個(gè)大問(wèn)題，如原料成本仍然高于標(biāo)準(zhǔn)Sn/Pb工藝、對(duì)濕潤(rùn)度的限制有所增加、要求在波峰焊工藝中保持惰性空氣狀態(tài)(要有足量氮?dú)?以及可能將回流焊溫度升到極限溫度范圍(235~245℃之間)而提高了對(duì)各種元件的熱性要求等等。 就無(wú)鉛替代物而言，現(xiàn)在并沒(méi)有一套獲得普遍認(rèn)可的規(guī)范，經(jīng)過(guò)與該領(lǐng)域眾多專(zhuān)業(yè)人士的多次討論，我們得出下面一些技術(shù)和應(yīng)用要求:

金屬價(jià)格許多裝配廠商都要求無(wú)鉛合金的價(jià)格不能高于63Sn/37Pb，但不幸的是現(xiàn)有的所有無(wú)鉛替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35以上。在選擇無(wú)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)，由于技術(shù)成本在總體制造成本中所占比例相對(duì)較高，所以對(duì)金屬的價(jià)格還不那么敏感。

熔點(diǎn)大多數(shù)裝配廠家(不是所有)都要求固相溫度最小為150℃，以便滿(mǎn)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。

波峰焊用焊條:為了成功實(shí)施波峰焊，液相溫度應(yīng)低于爐溫260℃。

手工/機(jī)器焊接用焊錫絲:液相溫度應(yīng)低于烙鐵頭工作溫度345℃。

焊錫膏:液相溫度應(yīng)低于回流焊溫度250℃。對(duì)現(xiàn)有許多回流焊爐而言，該溫度是實(shí)用溫度的極限值。許多工程師要求最高回流焊溫度應(yīng)低于225~230℃，然而現(xiàn)在沒(méi)有一種可行的方案來(lái)滿(mǎn)足這種要求。人們普遍認(rèn)為合金回流焊溫度越接近220℃效果越好，能避免出現(xiàn)較高回流焊溫度是最理想不過(guò)的，因?yàn)檫@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，同時(shí)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(pán)和導(dǎo)線過(guò)度氧化。