無鉛焊1

1、無鉛焊錫無鉛焊錫“即使鉛的使用在電子焊錫中被禁止，也不會(huì)解決全部的鉛中毒問題”磊.普拉薩德(美)錫鉛(TinLead)成分的焊錫是電子裝配中最常用的焊錫，可是，在去年，整個(gè)工業(yè)出現(xiàn)一股推動(dòng)力向無鉛焊錫轉(zhuǎn)換。其理由是人們越來越了解有關(guān)鉛的使用及其對人類健康的不良影響。與鉛有關(guān)的健康危害包括神經(jīng)系統(tǒng)和生育系統(tǒng)紊亂、神經(jīng)和身體發(fā)育遲緩。鉛中毒特別對年幼兒童的神經(jīng)發(fā)育有危害。已有法律來控制鉛的使用，例如，鉛在鉛錘、汽油和油畫中的使用有嚴(yán)格的規(guī)范

2、，在美國從1978年起，鉛在消費(fèi)油畫中的使用已被禁止，其它相關(guān)的法規(guī)在美國、歐洲和日本正在孕育之中。表一顯示了鉛在各種產(chǎn)品中的使用量，蓄電池占鉛用量的80%，電子焊錫大約占所有鉛用量的0.5%，即使鉛在電子焊錫中的使用被禁止，也不能解決全部的鉛中毒問題。可是，電子焊錫中的0.5%的鉛數(shù)量上還是可觀的。表一、鉛在產(chǎn)品中的消耗量產(chǎn)品產(chǎn)品消耗量消耗量(%)蓄電池80.81其它氧化物(油畫、玻璃和陶瓷產(chǎn)品、顏料和化學(xué)品)4.78彈藥4.69鉛箔

3、紙1.79電纜覆蓋物1.40鑄造金屬1.13銅錠、銅坯0.72管道、彎頭和其它擠壓成型產(chǎn)品0.72焊錫(非電子焊錫)0.70電子焊錫0.49其它2.77代替鉛的元素代替鉛的元素電子工業(yè)正在尋找無鉛焊錫，能夠取代普遍接受和廣泛使用的錫鉛焊錫。研究與開發(fā)的努力集中在潛在的合金上面，這種合金要提供與錫鉛共晶焊錫相似的物理、機(jī)械、溫度和電氣性能。表二是可以取代鉛的金屬及其相對成本。表二、替代鉛的材料及其相對價(jià)格鉛的替代元素鉛的替代元素相對價(jià)格相

4、對價(jià)格鉛(參考值)1銻(Sb)2.2鉍(Bi)7.1銅(Cu)2.5銦(In)194銀(Ag)212錫(Sn)6.4鋅(Zn)1.3PCB焊盤和元件引腳無鉛電鍍AlloyH84.5Sn7.5Bi5Cu2Ag212C液態(tài)溫度太高，要求260C以上的波峰焊溫度TinZincIndium81Sn9Zn10In178C潛在的InPb不兼容性，要求對PCB焊盤和元件引腳無鉛電鍍Castin96.2Sn2.5Ag0.8Cu0.55Sb215C液態(tài)溫

5、度太高，要求260C以上的波峰焊溫度TinSilverCopper93.6Sn4.7Ag1.7Cu217C液態(tài)溫度太高，要求260C以上的波峰焊溫度含有高量銦(In)的無鉛焊錫(如表五中第一種合金)有潛在的銦和鉛的不兼容性，如果板面和元件引腳上有鉛的話。為了得到真正的無鉛工藝，如果使用含銦合金，則可能有必要在PCB上使用無鉛表面處理。工業(yè)上正注重開發(fā)可替代的電鍍層。例如AlphaMetal的AlphaLevel閃燃銀電鍍，和Motola

6、的對板層和元件引腳的錫鉍電鍍。從表四我們可以看到，無鉛焊錫要不比錫鉛共晶合金的熔點(diǎn)低很多，要不高很多。表五所示大都是較高溫度的無鉛焊錫。當(dāng)使用低溫焊錫時(shí)，需要特殊的助焊劑，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的助焊劑可能在低溫下無活性。和低溫焊錫有關(guān)的另一個(gè)溫題是由于次共熔溫度下，較低的流動(dòng)性引起的潤濕特性的減少。對低溫應(yīng)用，含銦焊錫正得到接受。一些公司正使用一種52In48Sn的含銦焊錫，因?yàn)槠漭^好的返工返修特性。因?yàn)樵摵辖鸬娜埸c(diǎn)在118C(244F)，返工是在

7、低溫下進(jìn)行，一般不會(huì)引起溫度損壞。如果印刷電路板是鍍金作防氧化用，那么，含銦焊錫可用來防止金流失。另一種低熔點(diǎn)無鉛焊錫是58Bi42Sn。如果我們看看SnBi合金的金相圖，會(huì)發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)在138C。鉍用于焊接合金中以達(dá)到低的焊接溫度，但該合金一般顯示出差的液化特性。表四中列出的許多其它合金，比錫鉛共晶的熔點(diǎn)183C要高很多。如，鋅錫高溫?zé)o鉛焊錫的熔點(diǎn)為198C。高熔點(diǎn)焊錫將和現(xiàn)在廣泛使用的基板材料，如FR4，不相融合。另外，返工不得不采用

8、高溫，將大大增加對板損壞的可能性?，F(xiàn)時(shí)還沒有混入式的無鉛焊錫替代產(chǎn)品，雖然有些供應(yīng)商把他們的焊錫描述成“幾乎混入式的”。甚至這些要求返工的焊接烙鐵的溫度高達(dá)400C(750F)，這在某些方面的應(yīng)用是一個(gè)太高的溫度，可能引起潛在的溫度損壞。還有，在波峰焊接中使用高熔點(diǎn)焊錫的關(guān)鍵問題之一是，增加電容斷裂的可能性。波峰焊接溫度需要保持在大約230~245C，高過錫鉛焊錫熔點(diǎn)大約45~65C。一種熔點(diǎn)為220C的無鉛焊錫，要求265~280C的

9、波峰焊接溫度，這增加了預(yù)熱和波峰之間的溫度差，增加了電容斷裂的可能性。一般來說，幾乎所有的無鉛焊錫都比錫鉛共晶的潤濕性能(擴(kuò)散性)差，引起不良的焊腳。為了改善潤濕性能，要求特別的助焊劑配方。無鉛焊錫的疲勞特性也不太好，雖能在一份研究中，用高溫95.6Sn3.5Ag(表四中最后一種合金)進(jìn)行溫度循環(huán)后，沒有觀察到焊接點(diǎn)完整性的退化。理想的焊錫熔點(diǎn)應(yīng)在大約180C，這樣回流溫度為210~230C，波峰爐溫為235~245C，手工焊接溫度為3