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探討無鉛焊料在SMT加工中的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，廣泛使用的替代錫鉛焊料的合金主要是以Sn為基礎(chǔ)，并添加了銀(Ag)、鋅(Zn)、銅(Cu)、銻(Sb)、鉍(Bi)、銦(In)等金屬元素來制成三元或多元合金。
在與錫形成合金時，通過選擇這些金屬材料，可以降低焊料的熔點(diǎn)，并使其具備理想的物理特性。目前已經(jīng)成功開發(fā)了幾種合金體系，具體如下。
（1）錫鋅系（Sn-Zn）。錫鋅系焊料的熔點(diǎn)只有199℃，是無鉛焊料中與錫鉛系焊料共晶熔點(diǎn)最接近的，可用于耐熱性較差的元器件焊接，并且成本較低。然而，在大氣中被使用時，會形成厚厚的鋅氧化膜，必須在N2下使用，或添加能溶解鋅氧化膜的強(qiáng)活性焊劑，才能確保焊接質(zhì)量。此外，潤濕性差也是一個不可忽視的問題，在波峰焊生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量浮渣。制作焊膏時，由于鋅的反應(yīng)活性較強(qiáng)，為確保焊膏的保存可靠性和提高其潤濕性，會增加很多麻煩。可以說，這種焊料在短期內(nèi)不會得到推廣。
（2）錫銅系焊料（Sn-Cu）。與傳統(tǒng)錫鉛焊料焊接后的外觀相比，錫銅系焊料（Sn99.3Cu0.7）在焊點(diǎn)亮度、焊點(diǎn)成形和焊層浸潤等方面沒有什么區(qū)別。由于錫銅系焊料的成分簡單、供給性好且成本低，因此被大量用于PCB的波峰焊、浸漬焊，特別適合用作松脂心軟焊料。它的強(qiáng)度和耐疲勞性優(yōu)于錫鉛焊料，并且在細(xì)間隔QFP的IC流動焊中不存在橋連現(xiàn)象。此外，它也沒有無鉛焊料常見的針狀晶體和氣孔問題，能夠得到光澤的焊點(diǎn)。
（3）錫銀系（Snr-Ag）。錫銀系焊料已在電子工業(yè)使用多年，作為錫鉛替代品。Sn-Ag合金早期就已經(jīng)被熟知作為高溫焊料，但由于焊接溫度較高，因此并未廣泛應(yīng)用。隨著無鉛焊料的推廣，人們重新認(rèn)識和研究了Sn-Ag合金，并對其進(jìn)行了改進(jìn)。它能長時間提供優(yōu)良的黏接性能，在反流焊時無需氮?dú)獗Ｗo(hù)。與錫鉛系焊料相比，它的浸潤性和擴(kuò)散性類似，而且錫銀系的助焊劑殘留外觀更好，幾乎無色透明。在合金的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和界面張力等方面與錫鉛合金相當(dāng)。
（4）錫銻系（Sn-Sb）。錫銻系焊料屬于高溫焊料，其溶點(diǎn)為235～243℃。目前使用的配方類型較少，主要采用Sn95Sb5配方。盡管它的抗拉強(qiáng)度不及Sn63Pb37，但具有良好的塑性應(yīng)變，因此整體的疲勞壽命約為Sn63Pb37的1.4倍。Sn95Sb5的潤濕性較Sn63Pb37差，但經(jīng)業(yè)內(nèi)檢測結(jié)果表明它仍然可以接受。
（5）Sn-Bi合金是一種錫鉍系合金。常用的二元合金是Sn42Bi58，主要用于低溫焊接。鉍的加入能夠降低焊接的溶點(diǎn)溫度（這是無鉛技術(shù)的研究重點(diǎn)之一），降低界面張力（從而具有較好的潤濕性），并提高焊點(diǎn)的壽命。然而，鉍的含量對合金的機(jī)械特性影響較大，容易出現(xiàn)“鉛”污染問題，并且其自然供應(yīng)較為有限，成本較高。為了解決部分特性不穩(wěn)定的問題，添加銀（Ag）成分，所以后來三元或四元合金中加入鉍的做法較受歡迎。
（6）錫銀銅系（Sn-Ag-Cu）。目前，錫銀銅系焊料被認(rèn)為是錫鉛焊料的最佳替代品，因?yàn)樗邆淞己玫奈锢硖匦浴Ｅc錫銀系（Sn96.5Ag3.5）相比，錫銀銅系（Sn96.5Ag3Cu0.5）的熔點(diǎn)較低，大約比共晶錫銀系（Sn96.5Ag3.5）低4℃，為216～217℃。研究發(fā)現(xiàn)，在基本的機(jī)械性能方面，錫銀銅系具備更好的強(qiáng)度和疲勞壽命。與錫銅系（Sn99.3Cu0.7）相比，錫銀銅系具有更高的強(qiáng)度和耐疲勞性能，但塑性略低于錫銅系（Sn99.3Cu0.7）。
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