四、 「无铅焊锡」材料选用与制程技术
锡银铜合金仍是主流无铅焊锡之选择(欧系厂商建议Sn-3.8Ag-0.7Cu,日系厂商建议Sn-3.0Ag-0.5Cu),详细资料摘要如下:
(1) 不同机构之建议
1996-1999欧洲的IDEALS研究计划结论建议采用Sn-3.8Ag-0.7Cu
SOLDERTEC于1999.10建议采用Sn-(3.4~4.1)Ag-(0.45~0.9)Cu
JEITA在2000及2002皆建议采用Sn-3.0Ag-0.5Cu
美国NEMI在2000建议采用Sn-3.9Ag-0.6Cu
(2) 回焊(Reflow) 无铅焊锡
欧洲:64﹪厂商使用SnAgCu、20%用SnAg、4﹪用SnBi
日本:58﹪厂商使用SnAgCu、使用SnAg及SnZnBi皆占9%、5﹪用SnAgCuBi、1﹪用SnCu
注:SnZnBi只有日本厂商使用,但Bi在铅存在时会形成低温合金造成焊点崩塌,故已有厂商明确禁止
(3) 波焊(wave solder) 无铅焊锡
欧洲:42﹪厂商使用SnAgCu、17﹪用SnCu、8%用SnAg、4﹪用SnBi、其它占4﹪
日本:64﹪厂商使用SnAgCu、20﹪用SnCu、5﹪用SnAg、2﹪用SnAgCuBi、1﹪用SnAgBi
注:以SnAgCu为主流,但SnAgCu 有波焊炉锈孔、产品细线锈蚀、IMC沉积等问题,日本有厂商开始使用SnCu(Ni)替代
(4) 手焊(hand solder) 无铅焊锡
欧洲:46﹪厂商使用SnAgCu、4﹪用SnCu、17%用SnAg、4﹪用SnBi
日本:77﹪厂商使用SnAgCu、12﹪用SnCu、6﹪用SnAg、1﹪用SnAgBi、其它占4﹪
注:仍以SnAgCu为主流,但替代合金选择上欧洲用SnAg、日本用SnCu
基本上现有印刷电路板焊垫表面处理只要适当调整皆可适用无铅制程,依据JEITA公布Lead-free Roadmap 2002建议Land finish为(plating)Au、(solder pre-coat) Sn3Ag0.5Cu。「Framework for an International Lead-free Soldering Roadmap」数据显示,业界普遍使用的有Au/Ni(欧31﹪、日37﹪)、SnAgCu(欧6﹪、日21﹪)、纯锡(欧12﹪、日9﹪)、Pd/Au(各3﹪)、SnCu(日12﹪)、纯银(欧9﹪)、OSP等。国内厂商则以OSP、化锡、化银为主,采用OSP主要是成本考虑,加上高温OSP逐渐稳定。
依据JEITA 2002建议solder balls使用 Sn3Ag0.5Cu,零件表面处理则依不同零件而有不同选择:
半导体:(主要) SnBi,其余依序为SnCu、纯锡、SnAg、SnPd。
被动组件:(主要)镀纯锡,其余依序为SnCu、SnBi。
零件端子:(主要)镀SnCu与纯锡,其余有镀金。
依SOLDERTEC之「EU Lead-free Soldering Roadmap(2003.2)」数据,业界solder balls使用最普遍的是SnAgCu,其次为纯锡(13﹪)、SnAg(9﹪);零件脚表面处理目前并无共识,常见的有纯锡(24﹪)、Au/Ni(14﹪),而在连接器则以纯锡为主。
无铅焊锡材料供货商皆会提供针对其材料建议之「温度轮廓」,但实际建置时需考虑设备能力(如温度区数目、温升曲线…等)、产品特性(如过锡炉之温度分布…)。常见的回焊温度轮廓有三种:angle、hat、linear type,JEITA建议使用hat type,但SOLDERTEC以问卷调查方式统计厂商制程情况发现欧洲有37﹪使用linear type、29﹪使用angle type,并没有厂商使用hat type,猜测欧洲大部份厂商尝试以现有设备能量调整做为无铅制程解决方案。