線路板裝配中的無鉛工藝應(yīng)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(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)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(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，但具體實施起來還存在幾個大問題，如原料成本仍然高于標(biāo)準(zhǔn)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?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(rèn)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(yīng)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，金屬成本是其中最重要的因素；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(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。許多工程師要求最高回流焊溫度應(yīng)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(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的，因為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，同時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。

        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(diǎn)，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(diǎn)開裂，使設(shè)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。