您好, 歡迎來到化工儀器網
線路板裝配中的無鉛工藝應用原則
過去5年間，電子裝配業一直在測試各種合金，希望能找到幾種無鉛方案替代常規63Sn/37Pb共晶系統。有很多方案雖然從技術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。本文旨在為業界提供一個實際可行的無鉛工藝選用原則，內容包括工藝要求、根據要求得出的結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；c. 用于波峰焊應用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系統；d. 用于手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系統。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(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，現在并沒有一套獲得普遍認可的規范，經過與該領域眾多專業人士的多次討論，我們得出下面一些技術和應用要求：
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所提煉的副產品，因而又將鉍排除在外，因為鉍主要來源于鉛提煉的副產品。
具有良好的可焊性 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，能夠與常規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時由于成分變化而發生較大變化，便不能給予考慮。3種以上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，合金的復雜程度越高，其發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。
另外業界可能更青睞標準合金系統而不愿選系統，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 由于短期之內不會立刻全面轉型為無鉛系統，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)、