線路板裝配中的無鉛工藝應用原則

在過去的五年中，電子組裝行業(yè)一直在測試各種合金，希望找到幾種無鉛解決方案來替代傳統(tǒng)的63Sn/37Pb共晶系統(tǒng)。盡管從技術(shù)角度來看，許多方案都是可行的，但其他因素，如成本、可用性和可制造性都沒有考慮在內(nèi)。本文旨在為行業(yè)選擇無鉛工藝提供一個切實可行的原則，包括工藝要求、根據(jù)要求得出的結(jié)論以及實際條件下的試驗條件等。如果將來需要判斷和比較其他更復雜的系統(tǒng)，這里提供的方法也可以作為評估的參考。
電子組裝用無鉛焊料的基本要求
無鉛焊接組裝的基本過程包括：
A.無鉛印刷電路板制造工藝；
B.焊膏中使用的96.5錫/3.5銀和95.5錫/4.0銀/0.5銅共晶和近似共晶合金體系；
C.波峰焊用99.3不銹鋼/0.7銅共晶合金系統(tǒng)；
D.手工焊接用99.3不銹鋼/0.7銅合金系統(tǒng)。
雖然這些都是可行的工藝，但在實施過程中仍存在一些問題，如原材料成本仍高于標準Sn/Pb工藝，對潤濕性的限制增加，波峰焊工藝需要惰性氣體狀態(tài)(需要足夠的氮氣)，回流焊溫度可能會提高到極限溫度范圍(在235和245之間)，這就提高了對各種部件的熱要求。
就無鉛替代品而言，沒有公認的標準。經(jīng)過與該領(lǐng)域許多專業(yè)人士的多次討論，我們得出以下技術(shù)和應用要求：
許多金屬制造商價格要求無鉛合金價格不應高于63Sn/37Pb，但不幸的是，所有現(xiàn)有無鉛替代品的成本至少比63Sn/37Pb高35%。選擇無鉛電極和焊線時，金屬成本是最重要的因素。然而，當制造焊膏時，因為技術(shù)成本在總制造成本中占相對較高的比例，所以它對金屬不太敏感價格。
熔點大多數(shù)(但不是全部)制造商要求最低固相溫度為150，以滿足電子設備的工作溫度要求，最高液相溫度取決于具體應用。
波峰焊電極：為了成功實現(xiàn)波峰焊，液相溫度應比爐溫低260。
手工/機器焊接用焊絲：液相溫度應比焊接頭的工作溫度低345。
焊膏：液相溫度應比回流焊溫度低250。對于許多現(xiàn)有的回流焊爐，該溫度是實際溫度的極限值。許多工程師要求最大回流焊溫度應低于225 ~ 230，但沒有可行的方案來滿足這一要求。一般認為，合金回流焊的溫度接近220 效果)，最好避免較高的回流焊溫度，因為它可以最大限度地減少元件的損壞，最大限度地減少對特殊元件的要求，最大限度地減少電路板的變色和翹曲，并避免焊盤和導線的過度氧化。
良好的導電性是電子連接的基本要求。
良好的導熱性為了耗散熱能，合金必須具有快速傳熱能力。
固液共存溫度范圍小的非共晶合金會在液相溫度和固相溫度之間的一定溫度范圍內(nèi)凝固。大多數(shù)冶金專家建議該溫度范圍應控制在10以內(nèi)，以形成良好的焊點并減少缺陷。如果合金的凝固溫度范圍很寬，焊點可能會開裂，設備可能會過早損壞。
低毒性合金及其成分必須無毒，因此該要求不包括鎘、鉈和汞。一些人還要求不能使用從有毒物質(zhì)中提取的二次產(chǎn)品產(chǎn)品，因此鉍被排除在外，因為鉍主要是從鉛中提取的二次產(chǎn)品XZM語料。