需要说明的是,无铅技术带来的并不全是革命性的转变,这点是用户所应该搞清楚的。在一定程度上,它还是属于一个“发展”技术。也就是说无铅技术是从现有的含铅SMT技术上发展而来的。自有SMT技术时代开始,快速扩张的用户市场,使工业界已经认识到“革命”式改变的害处,所以在研究开发新技术时总千方百计的使其保留相当程度的旧方法。
具备较多的“发展性”当然是件好事,表示我们可以更好的利用以往的经验,然而对于无铅技术来说,这却也非简单。在SMT的发展过程中,我们已经有经历过几次影响较大的“发展”经验,例如栅阵排列焊端技术(BGA)、Flip-Chip等等。有些用户可能对于这些技术带来的挑战还记忆犹新。但无铅技术的到来,和以前的几个技术相比之下,其难度和挑战绝对是有过之而无不及。
在无铅工艺中,焊接材料的选择是最具挑战性的。因为对于无铅焊接工艺来说,无铅焊料、焊膏、助焊剂等材料的选择是最关键的,也是最困难的。目前业者对于材料采用标准主要考虑几大部份,包括:金属特性、熔点高低、焊锡性、专利、成本高低、孔隙、毒性。金属特性主要考虑热疲劳寿命、结合强度与含铅组件的兼容性及其它金属特性,焊锡性则包含与零组件焊接时的沾锡性(或润湿性)及其在PCB焊垫上的焊锡延伸性。
虽然目前还没有一种合金焊料能够和含铅焊料一样“好”,但可以替代(可以满足应用)的有许多。目前,替代锡—铅成为无铅焊锡的合金材料主要有三种—锡/银/铜、锡/铜和锡/银/铜/铋。美国和欧洲的厂商看好锡/银/铜,而日本的厂商则倾向于使用锡/银/铜/铋合金。目前在国际上还没有统一的无铅工艺标准。
一些机构组织正在积极制定无铅技术应用的标准,如日本焊接协会(JIS)正在加紧探讨无铅焊锡的标准和评测方法,希望能尽快制定JIS标准。这个要求推动了产业对于新的焊料系统的选择。新的焊料系统不仅要求提供与锡/铅共晶焊锡(SnPb63)相似的物理、机械、温度和电气性能,而且要可*。
焊料中除了合金是个考虑和选择重点外,焊剂Flux也不应该被忽视。不同的合金有不同的密度重量,有不同熔化表面张力,不同的熔点温度,和不同的氧化特性。这也就告诉我们焊剂Flux的配方会出现不同于含铅的情况(注:焊剂Flux是个统称,锡膏中Flux包含许多不同功能的成分,如载体、溶剂、稀释剂、稳定剂、助焊剂等等。这多种成分的组合,多种可选材料,就造成多种不同的Flux配方。)。由于焊剂配方一直是个锡膏供应商竞争的商业机密,用户不容易知道其实际的特性。但可以预见的,是这方面的改变会对焊接工艺起较大的影响。
厂商 无铅电镀 应用项目
NEC Sn-Bi QFP、TQFP、LQFP、SOJ、SOP、TSOP
Ni-Au LGA
Fujitsu Sn-Bi QFP、SOP
HITACHI Sn-Bi QFP、SOP
Panosonic Ni-Pd-Au、Sn-Bi QFP、TQFP、LQFP、HQFP、QFJ、SOJ
日月光 Su-Cu、Sn-Bi QFP、TQFP、LQFP、HQFP、QFJ
目前可采用的无铅焊锡合金组成有以下几种:SnAg、SnCu、SnZn、SnAgCu