无铅焊料的介绍

1、蚅无铅焊料的介绍蒅一、无铅的背景（为什么需要无铅） ? 20世纪90年代中叶日本和欧盟，就已经作出了相应的立法。 日本规定2001年在电子工业中淘汰铅焊料，欧盟的淘汰期为2004年，美国也在做这方面工作（2008年全面使用无铅产品）我们国家正在进行研究和开发无铅产品，顺应时代潮流。 ?电子产品报废以后，PCB板焊料中的铅易溶于含氧的水中。污染水源，破坏环境。可溶解性使它在人体内累积，损害神经、导致 呆滞、高血压、贫血、生殖功能障碍等疾病；浓度过大，可能致癌。珍惜生命，时代要求无铅的产品。二、常用无铅焊料成份 Zn可降低Sn的熔点，若Zn增加高于9%后，熔点会上升，Bi跟着降低Sn-Zn， 但随

2、着Bi的增加，其脆性也会增大。 Zn可降低Sn的熔点，若Zn增加高于9%后，熔点会上升，Bi跟着降低Sn-Zn，但随着Bi的增加，其脆性也会增大。此类是目前最常用的一种无铅焊料，它的性能比较稳定，各种焊接参数特性接近有铅焊料。虽然In可使Sn合金的液相线和固相线降低，但是它的耐热疲劳性、延展性、合金变脆性、加工性差等缺陷，所以目前很少使用此配方。三、无铅焊料的特性vSn-Ag-Cu溶点（217 C ）较高，高温（260 ±3 °C ）即可。v 无铅产品是绿色环保的先锋，有益人类身心健 康,没有腐蚀性。比重略小，近次于锡的比重。流动性差四、无铅焊接需要面对的问题 合金本身的结

3、构，使它跟有铅焊料相比，比较脆，弹性不好? Sn-Zn合金的液相线和固相线的熔点会增高，但随着Bi的质量数的增大，焊料的熔化间隔即固液间隔增大，所以Bi就会使合金熔点降低、脆性也比（有铅）增大。 浸润性差，只会扩张，不会收缩Sn-Ag系合金添加Cu时，共晶点会改变。当 Ag的质量分数增加4.8%、Cu增加约1.8%时产生共晶，如 果在合金添加In时，将会造成提高合金微细化强度和扩张特性的同时，表面会形成氧化膜，所以浸润性稍 差. 色彩暗淡，光泽度稍 ？因为在无铅焊料的搭配中，磷的元素限制了使用，所以光泽度稍差，但并不影响其它质量问题。 锡桥、空焊、针孔等不良率有待降低？此类缺陷多于有铅焊料，但

4、是并不是无法解决的问题。助焊剂的种类质量选购比有铅要严格；预热器恒温要稳定。波峰的焊接时间、接触面、PCB板的温度如第一波峰焊接时间1-1.5S，接触面积10-13mm ;第二波峰焊接2-2.5S，接触面积为23-28mm左右，板面温度不能超过 140 C以上。所以无铅焊料对于设备性能要求高，特别上双波峰的距离，如 果设计很近，会造成板面的温度，增高损坏元件和增加了助焊剂挥发，锡桥等缺陷产生过多现象。袂溅锡的影响莇在回流之后，内存模块的连接器金手指”可能岀现溅锡的污染，这意味着产品的品质和可靠性问题和 制造流程问题。肇溅锡只是表面污染的一种，其它类型包括水渍污染和助焊剂飞溅。这些影响较小，但由

5、于焊锡飞溅, 焊锡已实际上熔湿了 金手指”的表面。袅小爆炸薃溅锡有许多原因，不一定是回流焊接时热的或熔化的焊锡爆发性的排气结果。例如，通过观察过程, 以保证锡膏丝印时的最佳清洁度，溅锡问题可以减少或消除。葿任何方法，如果使锡膏粉球可能沉积在金手指上，并在回流过程时仍存在，都可以产生溅锡。包括:膅在丝印期间没有擦拭模板底面（模板脏）莄误印后不适当的清洁方法聿丝印期间不小心的处理薀机板材料和污染物中过多的潮汽薈极快的温升斜率（超过每秒4° C）螃在后面的原因中，助焊剂的激烈排气可能引起熔化焊接点中的小爆炸，促使焊锡颗粒变成在回流腔 内空中乱飞，飞溅在 PCB上，污染连接器的 金手指” P

6、CB材料内夹住潮气的情况是一样的，和助焊剂排 气有相同的效果。类似地，板表面上的外来污染也引起溅锡。蝿溅锡的影响莈虽然人们对溅锡可能对连接器接口有有害的影响的关注，还没有得到证实，但它仍然是个问题，因 为轻微的飞溅 锡块”产生对连接器金手指平面的破坏。这些锡块是不柔顺的，锡本身比金导电性差，特别 是遭受氧化之后。蚆第一个最容易的消除溅锡的方法是在锡膏的模板丝印过程。如果这个过程是产生溅锡的原因的话， 那么通过良好的设备的管理及保养来得到控制，包括适当的丝印机设定和操作员培训。如果原因不在这里,那么必须检查其它方面。膃水印污染：其根本原因还未完全理解，虽然可能涉及许多根源。因为已经显示清洁的、未

7、加工的、无锡膏的和没有加元件的板，在回流后也会产生水印污染，所以其中包括了许多的原因：PCB制造残留、炉中的凝结物、干助焊剂的飞溅、清洗板的残留和导热金的变色等。薀水印污染经常难于发现，但其对连接器接口似乎并无影响。事实上内存模块的使用者并不关心这类 表面污染，常常看作为金的变色。荿助焊剂飞溅：一般理解为，助焊剂水滴在回流炉中变成空中乱飞，分散和附着在整个板上，包括金 手指。有两种理论试图说明助焊剂飞溅：溶剂排放理论和合并理论（丝印期间的清洁再次认为有影响，但可控制）。闪沸螄溶剂排放理论：认为锡膏助焊剂中使用的溶剂必须在回流时蒸发。如果使用过高温度，溶剂会成气体（类似于在热锅上滴水），把固体带

8、到空中，随机散落到板上，成为助焊剂飞溅。蚂为了证实或反驳这个理论，使用热板对样板进行导热性试验，并作测试。使用的温度设定点分别为190 ° C，200 ° C和220 ° C。膏状的助焊剂（不含焊锡粉末）在任何情况下都不出现飞溅。可是，锡膏（含有粉末的助焊剂）在焊锡熔化和焊接期间始终都有飞溅。表一和表二是结果。芀表一、溶剂排气模拟试验蒀测试描述材料 结果腿助焊剂载体（无粉末）印于铜箔试样，放于设定为190° C、200° C和220° C的热板上肂助焊剂载体B肁助焊剂载体D芈在试样上没有明显的助焊剂飞溅，第二次结果相似芅将锡膏印于铜箔

9、试样，放于设定为190° C、200° C和220° C的热板上回流螅锡膏 B: 90% 金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500螁锡膏 D: 92% 金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500艿两种金属含量都可以看到助焊剂飞溅，金属含量较高的产生飞溅可能较少，但很难说。第二次结果 相似蚈助焊剂A : Kester244，助焊剂B： 92，助焊剂 C： 92J，助焊剂D： 51SC，助焊剂E： 73D，助焊剂F： 75膄表二、从金属焊接中的助焊剂飞溅模拟试验薁测试描述材料结果肆锡膏（有粉末）印于铜箔试样，放于设定为190° C、200

10、76; C和220° C的热板上螆锡膏 B，90%，Sn63/Pb37，-325/+500薄锡膏 D, 90% , Sn63/Pb37 , -325/+500节在所有温度设定上，锡膏B明显比锡膏D湿润较快，结合更积极，结果助焊剂飞溅较多膈也看到锡膏D在所有温度上的助焊剂飞溅，但比锡膏程度要小袄温度越高，飞溅越厉害150°肃保温区（干燥）模拟-锡膏印于铜箔试样，在设定不同的温度热板上预热不同的时间，保温范围C170 ° C,时间14分钟。试样然后转到第二块热板上，以220 ° C回流，并观察助焊剂飞溅。肂锡膏 B，90%，Sn63/Pb37，-325/+5

11、00腿在较高温度下保温超过 2分钟，减少或消除了助焊剂飞溅芇Sn62的锡膏和Sn63的锡膏比较，看是否 Sn62较慢的结合速度会减少飞溅蒂锡膏 B: 90% 金属含量，Sn63/Pb37，-325/+500螂锡膏 B： 90%，Sn62/Pb36/Ag2，-325/+500Sn62的结合速度较慢羇Sn62和Sn63都观察到助焊剂飞溅，飞溅数量的差别肉眼观察不出，观察到莅助焊剂A : Kester244，助焊剂B: 92，助焊剂 C: 92J，助焊剂D: 51SC，助焊剂E: 73D，助焊剂F: 75袂可以推断，如果助焊剂沸腾引起飞溅，那么当助焊剂单独加热时应该看到。可是，由于飞溅是在焊 锡结合

12、时观察到的，这里应该可找到其作用原理。测试说明溶剂排气理论不能解释助焊剂飞溅。蒃结合理论：当焊锡熔化和结合时熔化材料的表面张力一一个很大的力量一在被夹住的助焊剂上施加压力，当足够大时，猛烈地排岀。这一理论得到了对BGA装配内焊锡空洞的研究的支持，其中描述了表面张力和助焊剂排气之间的联系（助焊剂排气率模型）。因此，有力的喷出是助焊剂飞溅最可能的原因。接下来 的实验室助焊剂飞溅模拟说明了结合的影响，甚至当锡膏在回流前已烘干。尽管如此，完全的烘干大大地 减少了飞溅（表三）。肇表三、来自金属结合的助焊剂飞溅模拟一烘干研究螇温度一分钟二分钟三分钟四分钟薅150oC观察到飞溅1-2飞溅无飞溅无飞溅罿160oC1-2飞溅无飞溅无飞溅无飞溅腿170oC无飞溅无飞溅无飞溅无飞溅祎用锡膏B 90% Sn63/Pb37 合金作试验仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.P