無(wú)鉛焊接裝配的基本工藝包括:
a. 無(wú)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(shí)施起來(lái)還存在幾個(gè)大問(wèn)題,如原料成本仍然高于標(biāo)準(zhǔn)Sn/Pb工藝、對(duì)濕潤(rùn)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(duì)各種元件的熱性要求等等。
就無(wú)鉛替代物而言,現(xiàn)在并沒(méi)有一套獲得普遍認(rèn)可的規(guī)范,下面是一些技術(shù)和應(yīng)用要求參考:
金屬價(jià)格
許多裝配廠(chǎng)商都要求無(wú)鉛合金的價(jià)格不能高于63Sn/37Pb,但不幸的是現(xiàn)有的所有無(wú)鉛替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上。在選擇無(wú)鉛焊條和焊錫絲時(shí),金屬成本是其中最重要的因素;而在制作焊錫膏時(shí),由于技術(shù)成本在總體制造成本中所占比例相對(duì)較高,所以對(duì)金屬的價(jià)格還不那么敏感。
熔點(diǎn)
大多數(shù)裝配廠(chǎng)家(不是所有)都要求固相溫度最小為150℃,以便滿(mǎn)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(shí)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(duì)現(xiàn)有許多回流焊爐而言,該溫度是實(shí)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(méi)有一種可行的方案來(lái)滿(mǎn)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(guò)的,因?yàn)檫@樣能使元件的受損程度降到最低,最大限度減小對(duì)特殊元件的要求,同時(shí)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(pán)和導(dǎo)線(xiàn)過(guò)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(huì)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(zhuān)家建議將此溫度范圍控制在10℃以?xún)?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(huì)發(fā)生焊點(diǎn)開(kāi)裂,使設(shè)備過(guò)早損壞。
低毒性
合金及其成分必須無(wú)毒,所以此項(xiàng)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?yàn)殂G主要來(lái)源于鉛提煉的副產(chǎn)品。
具有良好的可焊性 在現(xiàn)有設(shè)備和免清洗型助焊劑條件下該合金應(yīng)具備充分的潤(rùn)濕度,能夠與常規(guī)免清洗焊劑一起使用。由于對(duì)波峰進(jìn)行惰性處理的成本不太高,因此可以接受波峰焊加惰性環(huán)境的使用條件要求;但就SMT回流焊而言,合金最好要具備在空氣下進(jìn)行回流焊的能力,因?yàn)閷?duì)回流焊爐進(jìn)行惰性處理成本較高。
良好的物理特性(強(qiáng)度、拉伸度、疲勞度等) 合金必須能夠提供63Sn/37Pb所能達(dá)到的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性,而且不會(huì)在通孔器件上出現(xiàn)突起的角焊縫(特別是對(duì)固液共存溫度范圍較大的合金)。