�(wú)鉛焊錫是電子裝配中出去了鉛成分的焊錫材料,人�?cè)�?lái)越了解有�(guān)鉛的使用及其�(duì)人類(lèi)健康的不良影�,所以整�(gè)工業(yè)界出�(xiàn)一股推�(dòng)力向�(wú)鉛焊錫轉(zhuǎn)��
世界上,�(duì)�(wú)鉛焊錫替代品的興趣正在戲劇性地增加,主要因?yàn)樵趤喼藓蜌W洲都�(kāi)始迅速地消除含鉛焊錫在電子裝配中的出�(xiàn)。日本的電子制造商已經(jīng)自愿地要求到2001年在�(guó)�(nèi)制造或�(xiāo)售的�(chǎn)品是�(wú)鉛的。歐洲也在要求無(wú)鉛電�,正�1998�(bào)廢電氣與電子�(shè)備指�(WEEE)所要求的那�??墒?,由于歐洲社�(huì)的反�(duì),有許多理由支持把鉛從電子焊錫材料中消除的努�。除了來(lái)自該元素毒性的�(huán)境壓力之�,其它動(dòng)�(jī)包括有害廢物處理的關(guān)�、工作場(chǎng)所安全性考慮、設(shè)備可靠性問(wèn)�、市�(chǎng)�(jìng)�(zhēng)�、以及環(huán)境共同形象的維護(hù)�
�(xiàn)在北美電子制造商所�(jīng)受的壓力本來(lái)是經(jīng)�(jì)上的,而不是法令上的。為了消除其�(chǎn)品再不能出口到亞洲和歐洲電子市場(chǎng)的危�(xiǎn),制造商們正在尋找可行的含鉛焊錫的替代�,所以就出現(xiàn)了無(wú)鉛焊錫材料�
�(wú)鉛焊錫技�(shù)不是新的。多年來(lái),許多制造商已經(jīng)在一些適�(dāng)位置�(yīng)用中使用了無(wú)鉛合�,提供較高的熔點(diǎn)或滿(mǎn)足特殊的材料要求。可�,今天無(wú)鉛焊錫研究的目的是要決定哪些合金�(yīng)該用�(lái)取代�(xiàn)在每年使用的估計(jì)50,000噸的�-鉛焊�。取消資源豐富價(jià)格便宜的(大約每磅0.40美元)�,代之以另外的元�,原材料的成本可能增加許��
和溫�、機(jī)�、蠕變、疲勞特性一�,熔化溫度點(diǎn)是最重要的焊錫特性之一。表四提供了�(xiàn)�(shí)能買(mǎi)到的�(wú)鉛焊錫一覽表�
�(wú)鉛焊錫化�(xué)成份熔點(diǎn)范圍�(shuō)�
48Sn/52In118° C 共熔低熔�(diǎn)、昂貴、強(qiáng)度低
42Sn/58Bi138° C 共熔已制�、Bi的可利用�(guān)�
91Sn/9Zn199° C 共熔渣多、潛在腐蝕�
93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu218° C 共熔高強(qiáng)�、很好的溫度疲勞特�
95.5Sn/3.5Ag/1Zn218~221° C高強(qiáng)�、好的溫度疲勞特�
99.3Sn/0.7Cu227° C高強(qiáng)�、高熔點(diǎn)
95Sn/5Sb232~240° C好的剪切�(qiáng)度和溫度疲勞特�
65Sn/25Ag/10Sb233° C摩托羅拉�(zhuān)利、高�(qiáng)�
97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag226~228° C高熔�(diǎn)
96.5Sn/3.5Ag221° C 共熔高強(qiáng)�、高熔點(diǎn)
�(yīng)該注意到,無(wú)鉛焊錫的化學(xué)成份還正在優(yōu)化,以達(dá)到所希望的特�。表四中的焊錫化�(xué)成份可能在商�(yè)上購(gòu)�(mǎi)的焊錫中有稍微的不同�
多數(shù)�(wú)鉛合�,包括錫-銀-�,具有超�(guò)200°C的熔�(diǎn) - 高于傳統(tǒng)的錫-鉛合金的大約180°C的熔�(diǎn)。這�(gè)升高的熔�(diǎn)將要求更高的焊接溫度。對(duì)于元件包裝和倒裝芯片裝配,無(wú)鉛焊錫的較高熔點(diǎn)可能是一�(gè)�(guān)�,因?yàn)樵b基底可能不能忍受升高的回流溫度。設(shè)�(jì)者現(xiàn)在正在研究替代的基底材料,可忍受更高的溫�,以及各向異性的(anisotropic)�(dǎo)電性膠�(lái)取代倒裝芯片和元件包裝應(yīng)用中的焊��
�(wú)鉛合金的較高熔化溫度可提供一些優(yōu)�(shì),比�,提高抗拉強(qiáng)度和更好的溫度疲勞阻�、使其適合于象汽�(chē)電子元件這樣的高溫應(yīng)��
電路板與元件的表面涂層也必須與無(wú)鉛焊錫兼�。例如,銅表面涂層的板面上的焊接�(diǎn)可能在機(jī)械上和外觀上都受較高的�(wú)鉛焊錫的表面貼裝技�(shù)(SMT)回流焊接溫度的影�,它可能造成錫與銅之間有害金屬間化合物的形成。無(wú)鉛焊錫的外觀也是不同�(比如,某些配方看上去光亮但比傳統(tǒng)的錫-鉛焊錫缺少一�(diǎn)反光�),可能要求標(biāo)�(zhǔn)品質(zhì)控制程序的改��,因?yàn)楝F(xiàn)在沒(méi)有高含鉛(high-lead-bearing)焊錫的替代品存在,所以完全的�(wú)鉛裝配還是不可能��
雖然�(xiàn)在的助焊劑系�(tǒng)與錫-鉛焊錫運(yùn)作良�,無(wú)鉛替代合金將不會(huì)在所有的板元件表面涂層上同樣的表�(xiàn),不�(huì)容易地熔�(wet)以形成相同的金屬間化合物焊接�(lèi)�。因此可能需要改善助焊劑,提高熔濕性能,減少BGA焊接中的空洞�
理想的無(wú)鉛焊錫合金將提供制造商良好的電氣與�(jī)械特�、良好的熔濕(wetting)能力、沒(méi)有電解腐蝕和枝晶�(dentritic)增長(zhǎng)的問(wèn)�、可接受的價(jià)�、和�(xiàn)在與將來(lái)各種形式的可獲得�。焊錫將使用傳統(tǒng)的助焊劑系統(tǒng),不要求使用�?dú)�?lái)保證有效的熔��
�(mǎn)足波峰焊�、SMT和手工裝配要求的�(wú)鉛替代品今天都可在市�(chǎng)�(mǎi)�,雖然在元件�(wú)鉛合�、電路板表面涂層兼容性、助焊劑系統(tǒng)�(kāi)�(fā)和工藝問(wèn)題上要求更多的研��
選擇用來(lái)取代鉛的材料必須�(mǎn)足各種要求:
●它們必須在世界范圍�(nèi)可得到,�(shù)量上�(mǎn)足全球的需�。某些金� - 如銦(Indium)和鉍(Bismuth) - 不能得到大的�(shù)�,只夠用作無(wú)鉛焊錫合金的添加成分�
●也必須考慮到替代合金是�(wú)毒性的。一些考慮中的替代金屬,如�(Cadmium)和碲(Tellurium),是毒性的;其它金�,如�(Antimony),由于改變法�(guī)的結(jié)果可能落入毒性種�(lèi)�
●替代合金必須能夠具有電子工�(yè)使用的所有形�,包括返工與修理用的錫線、錫膏用的粉�、波峰焊用的錫條、以及預(yù)成型(preform)。不是所有建議的合金都可制成所有的形式,例如鉍含量高將使合金太脆而不能拉成錫��
●替代合金還�(yīng)該是可循�(huán)再生� - 將三四種金屬加入到無(wú)鉛替代焊錫配方中可能使循�(huán)再生�(guò)程復(fù)雜化,并增加成本�
不是所有的替代合金都可輕易地取代現(xiàn)有的焊接�(guò)�。美�(guó)�(guó)家制造科�(xué)中心(NCMS, the National Center for Manufacturing Sciences)�1997年得出結(jié)�,對(duì)共晶�-鉛焊錫沒(méi)有“插入的(drop-in)”替代品�1994年完成的,作為歐洲IDEALS�(jì)劃一部分的研究發(fā)�(xiàn),超�(guò)200種研究的合金�,不�10種無(wú)鉛焊錫選擇是可行��
�(shù)量上足夠�(mǎn)足焊錫的大量需求的元素包括,錫(Sn, tin)、銅(Cu, copper)、銀(Ag, silver)和銻(Sb, antimony)。商�(yè)上可行的一些無(wú)鉛焊錫的例子包括�99.3Sn/0.7Cu, 96.5Sn/3.5Ag, 95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu, 96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.5Sb?;旌显谶@些替代合金內(nèi)的所有這些元素具有與錫-鉛焊錫不同的熔點(diǎn)、機(jī)械性能、熔濕特性和外觀。現(xiàn)在工�(yè)趨向于使用接近共晶的錫銀�(near-eutectic-tin-silver-copper)合金�
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