您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
線路板裝配中的無鉛工藝應用原則
過去5年間，電子裝配業(yè)一直在測試各種合金,，希望能找到幾種無鉛方案替代常規(guī)63Sn/37Pb共晶系統(tǒng)。有很多方案雖然從技術(shù)的角度來看是可行的,，但卻沒考慮成本,、供貨性和工藝性等其它方面的因素。本文旨在為業(yè)界提供一個實際可行的無鉛工藝選用原則,，內(nèi)容包括工藝要求,、根據(jù)要求得出的結(jié)論以及在實際條件下的試用情況等，今后如需對其他更為復雜的系統(tǒng)進行判斷比較,，這里提供的方法也可作為評估參考,。
電子裝配對無鉛焊料的基本要求
無鉛焊接裝配的基本工藝包括：a. 無鉛PCB制造工藝；b. 在焊錫膏中應用的96.5Sn/3.g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,，但具體實施起來還存在幾個大問題,，如原料成本仍然高于標準Sn/Pb工藝、對濕潤度的限制有所增加,、要求在波峰焊工藝中保持惰性空氣狀態(tài)(要有足量氮氣)以及可能將回流焊溫度升到極限溫度范圍(235～245℃之間)而提高了對各種元件的熱性要求等等,。
就無鉛替代物而言，現(xiàn)在并沒有一套獲得普遍認可的規(guī)范,，經(jīng)過與該領(lǐng)域眾多專業(yè)人士的多次討論,，我們得出下面一些技術(shù)和應用要求：
金屬價格 許多裝配廠商都要求無鉛合金的價格不能高于63Sn/37Pb，但不幸的是現(xiàn)有的所有無鉛替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上,。在選擇無鉛焊條和焊錫絲時,，金屬成本是其中zui重要的因素,；而在制作焊錫膏時，由于技術(shù)成本在總體制造成本中所占比例相對較高,，所以對金屬的價格還不那么敏感,。
熔點 大多數(shù)裝配廠家(不是所有)都要求固相溫度zui小為150℃，以便滿足電子設備的工作溫度要求,zui高液相溫度則視具體應用而定,。
波峰焊用焊條：為了成功實施波峰焊,，液相溫度應低于爐溫260℃。
手工/機器焊接用焊錫絲：液相溫度應低于烙鐵頭工作溫度345℃,。
焊錫膏：液相溫度應低于回流焊溫度250℃,。對現(xiàn)有許多回流焊爐而言，該溫度是實用溫度的極限值,。許多工程師要求zui高回流焊溫度應低于225～230℃,，然而現(xiàn)在沒有一種可行的方案來滿足這種要求。人們普遍認為合金回流焊溫度越接近220℃效果越好,，能避免出現(xiàn)較高回流焊溫度是不過的,，因為這樣能使元件的受損程度降到zui低，zui大限度減小對特殊元件的要求,，同時還能將電路板變色和發(fā)生翹曲的程度降到zui低,，并避免焊盤和導線過度氧化。
導電性好 這是電子連接的基本要求,。
導熱性好 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)冶金專家建議將此溫度范圍控制在10℃以內(nèi),，以便形成良好的焊點,，減少缺陷,。如果合金凝固溫度范圍較寬，則有可能會發(fā)生焊點開裂,，使設備過早損壞,。
低毒性 合金及其成分必須無毒，所以此項要求將鎘,、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(zhì)所提煉的副產(chǎn)品，因而又將鉍排除在外,，因為鉍主要來源于鉛提煉的副產(chǎn)品,。
具有良好的可焊性 在現(xiàn)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，能夠與常規(guī)免清洗焊劑一起使用,。由于對波峰進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，合金要具備在空氣下進行回流焊的能力,，因為對回流焊爐進行惰性處理成本較高,。
良好的物理特性(強度、拉伸度,、疲勞度等) 合金必須能夠提供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(xiàn)突起的角焊縫(特別是對固液共存溫度范圍較大的合金)。
生產(chǎn)可重復性/熔點一致性 電子裝配工藝是一種大批量制造工藝,，要求其重復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制造，或者其熔點在批量生產(chǎn)時由于成分變化而發(fā)生較大變化,，便不能給予考慮,。3種以上成分構(gòu)成的合金往往會發(fā)生分離或成分變化，使得熔點不能保持穩(wěn)定,，合金的復雜程度越高,，其發(fā)生變化的可能性就越大。
焊點外觀 焊點的外觀應與錫/鉛焊料接近,，雖然這并非技術(shù)性要求,，但卻是接受和實施替代方案的實際需要。
供貨能力 當試圖為業(yè)界找出某種解決方案時,，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，銦是一種相當特別的材料,，但是如果考慮范圍內(nèi)銦的供貨能力,，人們很快就會將它*排除在考慮范圍之外。
另外業(yè)界可能更青睞標準合金系統(tǒng)而不愿選系統(tǒng),，標準合金的獲取渠道比較寬,，這樣價格會比較有競爭性，而合金的供應渠道則可能受到限制,，因此材料價格會大幅提高,。
與鉛的兼容性 由于短期之內(nèi)不會立刻全面轉(zhuǎn)型為無鉛系統(tǒng)，所以鉛可能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,。
金屬及合金選擇
在各種候選無鉛合金中，錫(Sn)都被用作基底金屬，因為它成本很低,，貨源充足,，并具備理想的物理特性，如導電/導熱性和潤濕性,，同時它也是63Sn/37Pb合金的基底金屬,。通常與錫配合使用的其它金屬包括銀(Ag)、銦(In),、鋅(Zn),、銻(Sb)、