無鉛焊接*新技術

1 引言一直以來，鉛錫合金作為電子工業(yè)的主要封接材料，在電子部件裝配上占主導地位。然而鉛及鉛化合物屬劇毒物質(zhì)，對人體及牲畜具有極大的毒性。尤其是近年來隨著人們環(huán)保意識的增強和對于自身健康的關注，鉛污染越來越受到人們的重視。

2003年7月13日，歐盟正式頒布WEEE/RoHS 法令，并明確要求其所有成員國必須在2004年8月13日以前將此指導法令納入其法律條文中。該法令嚴格要求在電子信息產(chǎn)品中不得含有鉛、汞、鎘（cadmium）、六價鉻（hexavalent chromium），多溴聯(lián)苯（polybroominated biphenyls PBB）及多溴二苯醚（polybrominated diphenyls ethers PBDE）。

嚴格的禁鉛條例使電子封裝產(chǎn)業(yè)對無鉛焊接提出了更高的要求，已經(jīng)成熟的錫鉛焊料必須被性能相近或更高的無鉛焊料所替代。但在工藝方法上，無鉛焊料還存在很多缺點和不足，急需解決。

目前，國內(nèi)三星貼片機關于無鉛焊料和無鉛釬料的**共有69條，從中可以看出我國自己的**申請速度在不斷加快。多數(shù)**是在主要元素基礎上，通過添加微量元素來改善焊料的性能，但有的**由于組元太多，在生產(chǎn)中會產(chǎn)生困難。同時，盡管現(xiàn)在有很多**，但是這些**范圍的成分還沒有達到*佳性能，不能滿足所有要求。

2 無鉛焊料的三大弱點

自歐盟頒布WEEE/RoHS法令以來，世界各國對無鉛焊料都進行了大量的研究，無鉛焊接技術也得到了長足的發(fā)展。但無鉛焊料相對于Sn-Pb焊料而言仍存在三大不可忽視的弱點。

2.1 浸潤性差

焊接的浸潤性**主要表現(xiàn)為焊錫不擴展，焊錫的流動性差，焊錫沒有布滿整個焊盤而缺焊。浸潤性較差，帶來以下幾方面的不足：

⑴容易產(chǎn)生接合**;

⑵為提高浸潤性而對操作溫度要更高;

⑶為提高浸潤性而使用高活性的助焊劑，會導致焊點可靠性降低。

2.2 熔點高無鉛焊接*新技術

無鉛焊料普遍比Sn-Pb焊料的熔點高出30℃以上，由此會帶來：三星貼片機對于耐熱性較差的元器件容易造成熱損傷;容易導致平面基板彎曲變形。

2.3 金屬溶解速度快

金屬溶解速度過快會導致以下幾方面的問題。

⑴焊池中焊料由于溶銅、溶鉛容易受到污染;

⑵被焊的基體易溶入到焊料中（例如銅細絲的溶解斷裂）;

⑶焊接時金屬間化合物生長過剩;

⑷溶焊、回流焊的焊池材料因為金屬溶解而被腐蝕，導致過早報廢。

3 推薦使用的幾種無鉛焊料

日本及歐盟給出了目前在幾種不同焊接工藝中可替代錫鉛焊料的*佳無鉛焊料，如表1所示。

3.1 Sn-Ag-Cu系無鉛焊接*新技術

在幾個候選合金系統(tǒng)中，Sn-Ag-Cu系是新一代代表性焊料，并正在世界范圍內(nèi)推廣使用。這種合金具有優(yōu)良的物理性能和高溫穩(wěn)定性，因此也成為各種無鉛焊接工藝中的**候補焊料。以下為幾種推薦使用的Sn-Ag-Cu焊料配比。⑴ Sn96.5Ag3Cu0.5（日本，JEITA推薦）;

⑵Sn95.5Ag3.8 Cu0.7（歐盟，IDEALS推薦）;

⑶Sn95.5Ag3.9 Cu0.6 （Sn95.5Ag4.0Cu0.5 ，美國，

NEMI推薦）。有關無鉛Sn-Ag-Cu合金焊料，在國內(nèi)就有14 個、美國約22個已授權的**［1］。

3.1.1 Sn-Ag-Cu優(yōu)點

⑴由于合金中彌散分布有微細的Ag 3Sn和Cu6Sn5等金屬間化合物強化相，因此可實現(xiàn)優(yōu)良的機械性能和高溫穩(wěn)定性;

⑵溶化溫度區(qū)間（固相線和液相線的溫度差）窄;

⑶Sn-Ag-Cu焊料可以滿足各種形狀需要，包括焊條、焊絲、焊球等;

⑷與鍍Pb元器件兼容較好，由溶Pb引起的焊點剝離情況比其他無鉛焊料少。

3.1.2 Sn-Ag-Cu缺點

⑴熔點比Sn-Pb共晶合金高，這是制約這種無鉛焊料推廣應用的技術瓶頸;

⑵浸潤性比Sn-Pb焊料差。對于雙面基板的組裝，需要采取措施提高通孔的浸潤性，如控制波峰焊參數(shù)，采用氮氣保護性氣氛等都相當有效 ［2］;