线路板装配中的无铅工艺应用原则

在过去的五年中，电子组装行业一直在测试各种合金，希望找到几种无铅解决方案来替代传统的63Sn/37Pb共晶系统。尽管从技术角度来看，许多方案都是可行的，但其他因素，如成本、可用性和可制造性都没有考虑在内。本文旨在为行业选择无铅工艺提供一个切实可行的原则，包括工艺要求、根据要求得出的结论以及实际条件下的试验条件等。如果将来需要判断和比较其他更复杂的系统，这里提供的方法也可以作为评估的参考。
电子组装用无铅焊料的基本要求
无铅焊接组装的基本过程包括：
A.无铅印刷电路板制造工艺；
B.焊膏中使用的96.5锡/3.5银和95.5锡/4.0银/0.5铜共晶和近似共晶合金体系；
C.波峰焊用99.3不锈钢/0.7铜共晶合金系统；
D.手工焊接用99.3不锈钢/0.7铜合金系统。
虽然这些都是可行的工艺，但在实施过程中仍存在一些问题，如原材料成本仍高于标准Sn/Pb工艺，对润湿性的限制增加，波峰焊工艺需要惰性气体状态(需要足够的氮气)，回流焊温度可能会提高到极限温度范围(在235和245之间)，这就提高了对各种部件的热要求。
就无铅替代品而言，没有公认的标准。经过与该领域许多专业人士的多次讨论，我们得出以下技术和应用要求：
许多金属制造商价格要求无铅合金价格不应高于63Sn/37Pb，但不幸的是，所有现有无铅替代品的成本至少比63Sn/37Pb高35%。选择无铅电极和焊线时，金属成本是最重要的因素。然而，当制造焊膏时，因为技术成本在总制造成本中占相对较高的比例，所以它对金属不太敏感价格。
熔点大多数(但不是全部)制造商要求最低固相温度为150，以满足电子设备的工作温度要求，最高液相温度取决于具体应用。
波峰焊电极：为了成功实现波峰焊，液相温度应比炉温低260。
手工/机器焊接用焊丝：液相温度应比焊接头的工作温度低345。
焊膏：液相温度应比回流焊温度低250。对于许多现有的回流焊炉，该温度是实际温度的极限值。许多工程师要求最大回流焊温度应低于225 ~ 230，但没有可行的方案来满足这一要求。一般认为，合金回流焊的温度接近220 效果)，最好避免较高的回流焊温度，因为它可以最大限度地减少元件的损坏，最大限度地减少对特殊元件的要求，最大限度地减少电路板的变色和翘曲，并避免焊盘和导线的过度氧化。
良好的导电性是电子连接的基本要求。
良好的导热性为了耗散热能，合金必须具有快速传热能力。
固液共存温度范围小的非共晶合金会在液相温度和固相温度之间的一定温度范围内凝固。大多数冶金专家建议该温度范围应控制在10以内，以形成良好的焊点并减少缺陷。如果合金的凝固温度范围很宽，焊点可能会开裂，设备可能会过早损坏。
低毒性合金及其成分必须无毒，因此该要求不包括镉、铊和汞。一些人还要求不能使用从有毒物质中提取的二次产品产品，因此铋被排除在外，因为铋主要是从铅中提取的二次产品XZM语料。