無鉛錫膏技術

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1、摘要：本文主要論述無鉛焊料的必要條件，無鉛錫膏技術原理，再流焊工藝技術、無鉛免清洗錫膏的性能特點、低銀無鉛錫膏與低溫錫鉍銅無鉛錫膏??????眾所周知錫膏是表面貼裝工藝技術的重要輔料。錫膏的好壞直接影響表面貼裝印刷工藝和再流焊工藝直通率。隨著電子產(chǎn)品綠色制造時代的到來，全球?qū)o鉛錫膏有越來越大的需求，因此國產(chǎn)錫膏與進口錫膏在“市場-技術-標準”上的競爭將進一步加劇。為此加大國產(chǎn)錫膏的研制與應用，以及制訂相應的標準就顯得尤為必要。從2005年起我國電子制造無鉛化進程已進入實施階段，我國無鉛錫膏的研制與應用也取得了長

2、足的進步，其中如億鋮達、唯特偶、同方、華慶等都已開始生產(chǎn)無鉛錫膏，有些產(chǎn)品已達到或接近國外知名品牌如Alpha,Tamura等。特別是第二代低銀無鉛錫膏，由于避開專利并具有極佳的性價比，更有利于占領市場。我們深信國產(chǎn)無鉛錫膏研制與應用的春天即將到來，中華品牌表面貼裝錫膏也將崛起于世界之林。本文將就有關無鉛錫膏問題進行具體論述。無鉛焊料的必要條件??????電子工業(yè)用60/40、63/37焊料已有50多年的歷史，已形成非常成熟的工藝，因此要取代有鉛焊料必須滿足一些充分而必要條件。見圖1??????首先從電子焊接工藝

3、的要求出發(fā)，為了不破壞元器件的基本特性，所用無鉛焊料熔點必須接近錫鉛共晶焊料的熔點183℃，這是由于熔點高的焊料將超過電子元件的耐熱溫度，同時由于再流焊爐制約，因此不可以使用熔點高的焊料。其次從可焊性的觀點出發(fā)，必須與電子元件及印制板的鍍層銅、鎳、銀等有良好的潤濕。從電子產(chǎn)品的可靠性出發(fā)，為了形成良好的冶金結(jié)合的焊點，焊料本身的機械強度是非常重要的。特別要求焊點具有耐熱疲勞性能，這是由于電子產(chǎn)品在使用過程中不可避免的會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象而產(chǎn)生熱膨脹，同時在不使用時溫度下降會產(chǎn)生收縮，如此反復循環(huán)將在焊點處發(fā)生熱疲勞現(xiàn)象

4、。??????從焊接的實際操作來看，希望焊接缺陷少是非常重要的。特別是橋接、拉等不良缺陷均和焊料的潤濕性密切相關。在再流焊接時，由于母材表面氧化，為了提高焊接的去氧化作用，必須使用有活性的助焊劑予以去除，但是這樣將產(chǎn)生殘留物而出現(xiàn)腐蝕和電遷移等現(xiàn)象。同時，在流動焊時，由于波峰焊產(chǎn)生的氧化錫渣也是一個問題，不僅造成焊點不良率上升，同時也增加成本。此外焊膏的保存性是進行良好印刷的必要條件。由于在存放期間焊膏內(nèi)的助焊劑與合金發(fā)生反應而劣化，造成粘度升高，印刷不良等。以上均是無鉛焊料必須考慮的問題。從這些觀點出發(fā)來選擇適

5、當?shù)臒o鉛焊料是非常重要的。表1所示的是從1980年以來開發(fā)的無鉛共晶合金的特性比較。在此基礎上發(fā)展了當前實用的錫銀銅等主流無鉛焊料.無鉛錫膏技術原理無鉛錫膏系由無鉛錫粉與助焊劑混合而成的均勻膏狀物體，必須具備可印刷性、可焊性與可靠性等特點。優(yōu)質(zhì)錫膏對錫粉的要求是：1.穩(wěn)定的化學成分2.雜質(zhì)水平3.顆粒大小和形狀4.顆粒分布5.表面化學狀態(tài)優(yōu)質(zhì)錫膏對助焊劑的要求是：1.松香溶劑載體不可干燥過快，也不宜過慢。過快形成保護膜硬化不利焊接，過慢形成的松香膜內(nèi)會有一些熔化的錫膏，在溶劑迅速揮發(fā)時會導致濺射。2.要求具有雙活

6、性的活性物質(zhì)。3.要求有觸變性能優(yōu)良的流動助劑。4.要求有抗氧化劑等。再流焊工藝技術??????從錫鉛焊料到錫銀銅焊料，在實際操作時將發(fā)生很大的變化，主要有：（1）目前最常用的錫-3.0銀-0.5銅其熔點在217℃-219℃，在進行再流焊時，可操作的最低工藝溫度應為液相溫度加10℃，這就比錫鉛共晶焊料的熔點高出40℃。不難看出操作溫度的上升與元器件的耐熱溫度（240℃）的差距將大幅減少，因此必須較以往有更正確的工藝溫度管理。此外由于印制板的多樣化，熱容量不同的元器件均會有10℃的溫差，因此必須提高預熱溫度和時間。

7、再流焊設備必須進行多溫區(qū)加熱以減少溫度誤差，成為一項有效的措施。見圖2。這樣由于熔點的上升，焊接工藝和設備都將發(fā)生重大的變化，為此實行錫銀銅焊料的無鉛化，降低其熔點將成為一個被關注的問題。（2）一般認為錫銀銅比錫鉛潤濕性低，其擴散率在75%-80%，比錫鉛下降15%左右。為了提高可焊性在助焊劑中增加活性劑是必要的，但會造成粘度升高等不良現(xiàn)象。另外由于無鉛焊料表面張力比有鉛焊料高，在同樣條件下潤濕性也會變差。(3)由于無鉛焊料的熔點高，因此必須考慮峰值溫度與元器件的耐熱溫度的適應性（230℃-240℃），因此預熱終

8、點溫度要高。使有熱容量差異的元器件溫度能達到均勻。此外由于元器件與母材的氧化，焊膏活性的損失容易產(chǎn)生焊球，當用錫鉛焊膏的助焊劑用于錫銀銅焊膏時必須提高預熱溫度和預熱時間，這樣由于焊接溫度的變化將帶來擔心，因此必須開發(fā)用于無鉛錫膏的助焊劑。(4)印刷工藝過程中由于焊膏內(nèi)助焊劑與粉末的反應，在粉末表面有有機金屬化合物與有機金屬鹽析出，造成流動性下降，粘度升高，給印刷性能帶來影