綜觀Sn—A g 、Sn—Zn、Sn—Bi三個體系無鉛焊料,與Sn—Pb共晶焊料相比,各有優(yōu)缺點。Sn—A g系焊料,具有優(yōu)良的機械性能,拉伸強度,蠕變特性及耐熱老化性都比Sn—Pb共晶焊料*,延展性比Sn/Pb共晶焊料稍差,但不存延展性隨時間加長而劣化的問題。Sn—A g系焊料,熔點偏高,通常比Sn—Pb共晶焊料要高30—40℃,潤濕性差,而且成本高。熔點和成本是Sn—A g系焊料存在的主要問題。Sn—Zn系焊料,機械性能好,拉伸強度比Sn—Pb共晶焊料好,與Sn—Pb焊料一樣,可以拉制成線材使用;具有良好的蠕變特性,變形速度慢,至斷裂的時間長。該體系zui大的缺點是Zn極易氧化,潤濕性和穩(wěn)定性差,且具有腐蝕性。Sn—Bi系焊料,實際上是以Sn—A g(Cu)系合金為基體,添加適量的Bi組成的焊料合金,合金的zui大的優(yōu)點是降低了熔點,使其與Sn—Pb共晶焊料相近;蠕變特性好,并增大了合金的拉伸強度,但延展性變壞,變得硬而脆,加工性差,不能加工成線材使用。總之,目前雖然已開發(fā)出許多可以替代Sn—Pb合金的焊料,但尚未開發(fā)出一種完替代Sn/Pb合金的高性能低成本的無鉛焊料?! ?/div>
為了實現(xiàn)保護環(huán)境和提高產品質量為目的,并考慮電子組裝工藝條件的要求,無鉛焊料應滿足以下條件:熔點低,合金共晶溫度近似于Sn63/Pb37的共晶溫度183℃,大致在180℃~220℃之間;無毒或毒性很低,所選用的材料現(xiàn)在和將來都不會污染環(huán)境;熱傳導率和導電率要與Sn63 /Pb37的共晶焊料相當;具有良好的潤濕性;機械性能良好,焊點要有足夠的機械強度和抗熱老化性能;要與現(xiàn)有的焊接設備和工藝兼容,可在不更新設備不改變現(xiàn)行工藝的條件下進行焊接;與目前使用的助焊劑兼容;焊接后對各焊點檢修容易;成本要低,所選用的材料能保證充分供應?! ?/div>
這是研制開發(fā)無鉛焊料的方向,要做到滿足以上要求,有一定的難度,因此,對性能、成本均理想的綠色焊料的研制已成為研究的熱點。
電子組裝焊接是一個系統(tǒng)工程,對無鉛焊接技術的應用,其影響因素很多,要使無鉛焊接技術獲得廣泛應用,還必從系統(tǒng)工程的角度來解析和研究以下幾個方面的問題:
元件:目前開發(fā)已用于電子組裝用的無鉛焊料,熔點一般要比Sn63 /Pb37的共晶焊料高,所以要求元件耐高溫,而且要求元件也無鉛化,即元件內部連接和引出端(線)也要采用無鉛焊料和無鉛鍍層。
PCB:要求PCB板的基礎材料耐更高溫度,焊接后不變形,表面鍍覆的無鉛共晶合金材料與組裝焊接用無鉛焊料兼容,而且要考慮低成本?! ?/div>
助焊劑:要開發(fā)新型的氧化還原能力更強和潤濕性更好的助焊劑,以滿足無鉛焊料焊接的要求。助焊劑要與焊接預熱溫度和焊接溫度相匹配,而且要滿足環(huán)保的要求。迄今為止,實際測試證明免清洗助焊劑用于無鉛焊料焊接更好。
焊接設備:要適應新的焊接溫度的要求,預熱區(qū)的加長或更換新的加熱元件、波峰焊焊槽,機械結構和傳動裝置都要適應新的要求,錫鍋的結構材料與焊料的一致性(兼容性)要匹配。為了提高焊接質量和減少焊料的氧化,采用新的行之有效的抑制焊料氧化技術和采用隋性氣體(例如N 2)保護焊技術是必要的?! ?/div>
廢料回收:從含A g的Sn基無鉛無毒的綠色焊料中分離Bi和Cu將是非常困難的,如何回收Sn—A g合金又是一個新課題。所以,無鉛焊料的實用化進程是否順利,與焊接設備制造商、焊料制造商、助焊劑制造商和元器件制造商四者間的協(xié)調作用有很大關系,其中只要有一方配合不好,就會對推廣應用無鉛焊料產生障礙。目前,焊接設備制造商已經開始行動,正在推出或即將推出適應無鉛焊料焊接的回流焊爐。
此外,采用無鉛焊料替代Sn/Pb焊料在解決污染的同時,可能會出現(xiàn)一系列新的問題。例如Sn/Pb系列焊料中,Sn與Pb對H、Cl等元素的超電勢都比較高,而無鉛焊料中A g、Zn、Cu等元素對H、Cl的超電勢都很低,由于超電勢的降低而易引起焊接區(qū)殘留的H 、Cl離子遷移產生的電極反應,從而會引起集成電路元件短路。
盡管當前無鉛焊料的研究開發(fā)和應用正走向深入研究階段,但根據世界各國的開發(fā)狀況來看,要在短時間內研制出使用性能超過Sn—Pb共晶焊料的高性能的無鉛焊料是一件困難的事情。全面考慮成本、性能的新型無鉛焊料標準尚未制訂,其測試方法和性能綜合評定方法也有待于在繼續(xù)的研制及應用過程中得以解決,還有許多工作要做。但是焊接材料的無鉛、無毒化方向已定,沒有別的選擇,只有行動起來,投身到研究、開發(fā)、推廣應用無鉛焊料的行列中去,為推動我國無鉛焊料的開發(fā)和應用,為地球村的環(huán)境保護作出應有的貢獻。