无铅焊锡及其特性

无铅焊锡及其特性
和温度、机械、蠕变、疲劳特性一样，熔化温度点是最重要的焊锡特性之一。表四提供了现时能买到的无铅焊锡一览表。
表四、无铅焊锡及其特性
无铅焊锡化学成份
熔点范围
说明

48Sn/52In
118° C 共熔
低熔点、昂贵、强度低

42Sn/58Bi
138° C 共熔
已制定、Bi的可利用关注
91Sn/9Zn
199° C 共熔
渣多、潜在腐蚀性

93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu
218° C 共熔
高强度、很好的温度疲劳特性

95.5Sn/3.5Ag/1Zn
218~221° C
高强度、好的温度疲劳特性

99.3Sn/0.7Cu
227° C
高强度、高熔点

95Sn/5Sb
232~240° C
好的剪切强度和温度疲劳特性

65Sn/25Ag/10Sb
233° C
摩托罗拉专利、高强度

97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag
226~228° C
高熔点

96.5Sn/3.5Ag
221° C 共熔
高强度、高熔点

应该注意到，无铅焊锡的化学成份还正在优化，以达到所希望的特性。表四中的焊锡化学成份可能在商业上购买的焊锡中有稍微的不同。例如，表五显示了一些从不同的供应商购买的焊锡品牌。
表五、不同供应商的无铅焊锡
焊锡名称
化学成份
熔点
说明

Indalloy 227 77.2Sn/20In/2.8Ag 187°C 潜在的In/Pb不兼容性，要求对 PCB 焊盘和元件引脚无铅电镀
Alloy H 84.5Sn/7.5Bi/5Cu/2Ag 212°C 液态温度太高，要求260°C以上的波峰焊温度
tin/Zinc/Indium 81Sn/9Zn/10In 178°C 潜在的In/Pb不兼容性，要求对PCB焊盘和元件引脚无铅电镀
Castin 96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.55Sb 215°C 液态温度太高，要求260°C以上的波峰焊温度
Tin/Silver/Copper 93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu 217°C 液态温度太高，要求260°C以上的波峰焊温度
含有高量铟(In)的无铅焊锡(如表五中第一种合金)有潜在的铟和铅的不兼容性，如果板面和元件引脚上有铅的话。为了得到真正的无铅工艺，如果使用含铟合金，则可能有必要在PCB上使用无铅表面处理。工业上正注重开发可替代的电镀层。例如Alpha Metal 的AlphaLevel闪燃银电镀，和Motorola的对板层和元件引脚的锡/铋电镀。
从表四我们可以看到，无铅焊锡要不比锡/铅共晶合金的熔点低很多，要不高很多。表五所示大都是较高温度的无铅焊锡。当使用低温焊锡时，需要特殊的助焊剂，因为标准的助焊剂可能在低温下无活性。和低温焊锡有关的另一个温题是由于次共熔温度下，较低的流动性引起的润湿特性的减少。
对低温应用，含铟焊锡正得到接受。一些公司正使用一种52In/48Sn的含铟焊锡，因为其较好的返工/返修特性。因为该合金的熔点在118° C(244° F)，返工是在低温下进行，一般不会引起温度损坏。如果印刷电路板是镀金作防氧化用，那么，含铟焊锡可用来防止金流失。
另一种低熔点无铅焊锡是58Bi/42Sn。如果我们看看Sn/Bi合金的金相图，会发现其熔点在138° C。铋用于焊接合金中以达到低的焊接温度，但该合金一般显示出差的液化特性。
表四中列出的许多其它合金，比锡/铅共晶的熔点183° C要高很多。如，锌/锡高温无铅焊锡的熔点为198° C。
高熔点焊锡将和现在广泛使用的基板材料，如FR-4，不相融合。另外，返工不得不采用高温，将大大增加对板损坏的可能性。
现时还没有混入式的无铅焊锡替代产品，虽然有些供应商把他们的焊锡描述成“几乎混入式的”。甚至这些要求返工的焊接烙铁的温度高达400° C(750° F)，这在某些方面的应用是一个太高的温度，可能引起潜在的温度损坏。
还有，在波峰焊接中使用高熔点焊锡的关键问题之一是，增加电容断裂的可能性。波峰焊接温度需要保持在大约230~245° C，高过锡/铅焊锡熔点大约45~65° C。一种熔点为220° C的无铅焊锡，要求265~280° C的波峰焊接温度，这增加了预热和波峰之间的温度差，增加了电容断裂的可能性。
一般来说，几乎所有的无铅焊锡都比锡/铅共晶的润湿性能(扩散性)差，引起不良的焊脚。为了改善润湿性能，要求特别的助焊剂配方。无铅焊锡的疲劳特性也不太好，虽能在一份研究中，用高温95.6Sn/3.5Ag(表四中最后一种合金)进行温度循环后，没有观察到焊接点完整性的退化。
理想的焊锡熔点应在大约180° C，这样回流温度为210~230° C，波峰炉温为235~245° C，手工焊接温度为345~400° C(650~700° F)。只有很熟练的操作员才可以操作更高的手工焊接温度，而避免温度损坏。
电子工业协会(IPC)的标准，J-STD-006，提供了详细的锡/铅和无铅焊锡的列表。可是，没有哪一种无铅焊锡被认定为混入式的锡/铅共晶的替代产品。工业还在寻找真正可以替代锡/铅共晶的正确的无铅焊锡。这是一个工业必须应付的挑战。

[ 本帖最后由 decho0821 于 2010-8-18 19:48 编辑 ]