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SMT制程中,无铅焊接技术的现状

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SMT制程中,无铅焊接技术的现状

     无铅焊料合金成分的标准化目前还没有明确的规定。IPC等大多数商业协会的意见:铅含量<0.1-0.2WT%(倾向<0.1%,并且不含任何其它有毒元素的合金称为无铅焊料合金。 

1、 无铅焊料合金 无铅化的核心和首要任务是无铅焊料。据统计全球范围内共研制出焊膏、焊丝、波峰焊棒材100多种无铅焊料,但真正公认能用的只有几种。

(1) 目前最有可能替代Sn/Pb焊料的合金材料 最有可能替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn基合金。以Sn为主,添加Ag、Cu、Zn、Bi、In、Sb等金属元素,构成二元、三元或多元合金,通过添加金属元素来改善合金性能,提高可焊性、可靠性。主要有:Sn-Bi系焊料合金,Sn-Ag共晶合金,Sn-Ag-Cu三元合金,Sn-Cu系焊料合金,Sn-Zn系焊料合金(仅日本开发应用),Sn-Bi系焊料合金,Sn-In和Sn-Pb 系合金。

(2) 目前应用最多的无铅焊料合金三元共晶形式的Sn95.8\Ag3.5\Cu0.7(美国)和三元近共晶形式的Sn96.5\Ag3.0\Cu0.5(日本)是目前应用最多的用于再流焊的无铅焊料。其熔点为216-220℃左右。由于Sn95.8\Ag3.5\Cu0.7无铅焊料美国已经有了专利权,另外由于Ag含量为3.0WT%的焊料没有专利权,价格较便宜,焊点质量较好,因此IPC推荐采用Ag含量为3.0WT%(重量百分比)的Sn-Ag-Cu焊料。Sn-0.7Cu-Ni焊料合金用于波峰焊。其熔点为227℃。 

虽然Sn基无铅合金已经被较广泛应用,与Sn63\Pb37共晶焊料相比无铅合金焊料较仍然有以下问题: 

(A)熔点高34℃左右。 

(B)表面张力大、润湿性差。 

(C)价格高

2、PCB焊盘表面镀层材料 无铅焊接要求PCB焊盘表面镀层材料也要无铅化,PCB焊盘表面镀层的无铅化相对于元器件焊端表面的无铅化容易一些。目前主要有用非铅金属或无铅焊料合金取代Pb-Sn热风整平(HASL)、化学镀Ni和浸镀金(ENIC)、Cu表面涂覆OSP、浸银(I-Ag)和浸锡(I-Sn)。目前无铅标准还没有完善,因此无铅元器件焊端表面镀层的种类很多。美国和台湾省镀纯Sn和Sn/Ag/Cu的比较多,而日本的元件焊端镀层种类比较多,各家公司有所不同,除了镀纯Sn和/Sn/Ag/Cu外,还有镀Sn/Cu、Sn/Bi等合金层的。由于镀Sn的成本比较低,因此采用镀Sn工艺比较多,但由于Sn表面容易氧化形成很薄的氧化层、加电后产生压力、有不均匀处会把Sn推出来,形成Sn须。Sn须在窄间距的QFP等元件处容易造成短路,影响可靠性。对于低端产品以及寿命要求小于5年的元器件可以镀纯Sn,对于高可靠产品以及寿命要求大于5年的元器件采用先镀一层厚度约为1µm以上的Ni,然后再镀2-3µm厚的Sn。 

3、 目前无铅焊接工艺技术处于过渡和起步阶段 虽然国际国内都在不同程度的应用无铅技术,但目前还处于过渡和起步阶段,从理论到应用都还不成熟。没有统一的标准,对无铅焊接的焊点可靠性还没有统一的认识,因此无论国际国内无铅应用技术非常混乱,大多企业虽然焊接材料无铅化了,但元器件焊端仍然有铅。

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