有铅锡条的铜含量(电子制造领域SMT无铅焊锡工艺特点)

Posted 2023-05-29

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有铅锡条的铜含量(电子制造领域SMT无铅焊锡工艺特点)

智能制造、电子产品SMT重要材料中，焊锡稿的重要性不言而喻，焊锡膏的质量直接决定着电子产品的质量可靠性，选择不当，可能导致虚焊、漏焊、连焊等不良情况发生。

焊锡膏的成份主要由助焊剂和焊料粉（FLUX &SOLDER POWDER），包含

活化剂(ACTIVATION)：该成份主要起到去除PCB铜膜焊盘表层及零件焊接部位的氧化物质的作用，同时具有降低锡、铅表面张力的功效；
触变剂(THIXOTROPIC)：该成份主要是调节焊锡膏的粘度以及印刷性能，起到在印刷中防止出现拖尾、粘连等现象的作用；
树脂（RESINS）：该成份主要起到加大锡膏粘附性，而且有保护和防止焊后PCB再度氧化的作用；该项成分对零件固定起到很重要的作用；
溶剂（SOLVENT）：该成份是焊剂组份的溶剂，在锡膏的搅拌过程中起调节均匀的作用，对焊锡膏的寿命有一定的影响；

SMT工艺

如何寻找取代铅的材料：
1.它们必须在世界范围内可得到，数量上满足全球的需求。某些金属 - 如铟(Indium)和铋(Bismuth) 。
2.也必须考虑到替代合金是无毒性的。一些考虑中的替代金属，如镉(Cadmium)和碲(Tellurium)，是毒性的；其它金属，如锑(Antimony)，由于改变法规的结果可能落入毒性种类。
3.替代合金必须能够具有电子工业使用的所有形式，包括返工与修理用的锡线、锡膏用的粉末、波峰焊用的锡条、以及预成型(preform)。不是所有建议的合金都可制成所有的形式，例如铋含量高将使合金太脆而不能拉成锡线。
4.替代合金还应该是可循环再生的，将三四种金属加入到无铅替代焊锡配方中可能使循环再生过程复杂化，并增加成本。

取代铅的添加材料情况
数量上足够满足焊锡的大量需求的元素包括，锡(Sn, tin)、铜(Cu, copper)、银(Ag, silver)和锑(Sb, antimony)。商业上可行的一些无铅焊锡的例子包括，99.3Sn/0.7Cu, 96.5Sn/3.5Ag, 95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu, 96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.5Sb。混合在这些替代合金内的所有这些元素具有与锡-铅焊锡不同的熔点、机械性能、熔湿特性和外观。现在工业趋向于使用接近共晶的锡银铜(near-eutectic-tin-silver-copper)合金。
多数无铅合金，包括锡-银-铜，具有超过200°C的熔点 - 高于传统的锡-铅合金的大约180°C的熔点。这个升高的熔点将要求更高的焊接温度。对于元件包装和倒装芯片装配，无铅焊锡的较高熔点可能是一个关注，因为元件包装基底可能不能忍受升高的回流温度(图一)。设计者现在正在研究替代的基底材料，可忍受更高的温度，以及各向异性的(anisotropic)导电性胶来取代倒装芯片和元件包装应用中的焊锡。
电路板与元件的表面涂层也必须与无铅焊锡兼容。虽然现在的助焊剂系统与锡-铅焊锡运作良好，无铅替代合金将不会在所有的板元件表面涂层上同样的表现，不会容易地熔湿(wet)以形成相同的金属间化合物焊接类型。因此可能需要改善助焊剂，提高熔湿性能，减少BGA焊接中的空洞。
理想的无铅焊锡合金将提供制造商良好的电气与机械特性、良好的熔湿(wetting)能力、没有电解腐蚀和枝晶的(dentritic)增长的问题、可接受的价格、和现在与将来各种形式的可获得性。
　　无铅焊锡的主要成分是锡，熔点是232℃，与其他金属如银、铋、锌等组成合金体系。
　　Sn-Ag系无铅焊锡的熔点为221℃，与Sn-Pb体系焊锡的很多情况较接近，多有应用。在Sn-Ag体系中，适当加入一些铜，除了熔点有所降低外，还提高了焊接可靠性。作为Sn-Ag系无铅焊锡的最大特征，是耐热疲劳性明显优于Sn-Pb体系焊锡。使用在要求接合部长期可靠性的机器中最合适。作为Sn-Pb体系焊锡替代品使用，Sn-Ag系无铅焊锡的主要问题是熔点偏高，另外与Sn-Pb体系焊锡比成本也较高。
　　Sn-Zn系无铅焊锡的拉伸强度、初期强度、长时间强度变化都比Sn-Pb系焊锡优越，延展性也与Sn-Pb系焊锡具有相同值，另外，Zn的毒性也弱，成本也低。若从焊锡合金的机械强度、熔点、成本和毒性等方面考虑，Sn-Zn系无铅焊锡替代Sn-Pb系焊锡很合适。但Sn-Zn系焊锡也存在不足之处：Zn稳定性不好，易氧化；需选用有效助焊剂。
　　Sn-Bi系无铅焊锡的特点是熔点低，对于那些耐热性差的电子元器件焊接有利，另外Sn-Bi系无铅焊锡的保存稳定性也好，可使用与Sn-Pb焊锡大体相同的助焊剂在大气中焊接，润湿性没问题。Sn-Bi系无铅焊锡的不足之处在于随着Bi的加入量增大，使焊锡变得硬、脆、加工性能大幅度下降，焊接可靠性变坏。因此，必须控制加入量在适当范围内
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℃　　　低熔点、昂贵、强度低
42Sn/58Bi　　　　　　 138℃
91Sn/9Zn　　　　　　　199℃　　　渣多、潜在腐蚀性
93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu　 218℃　　　高强度、很好的温度疲劳特性
95.5Sn/3.5Ag/1Zn　　　 218-221℃　高强度、好的温度疲劳特性
99.3Sn/0.7Cu　　　　　 227℃　　　高强度、高熔点
95Sn/5Sb　　　　　　　232-240℃　好的剪切强度和温度疲劳特性
65Sn/25Ag/10Sb　　　 233℃　　　摩托罗拉专利、高强度
97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag　226-228℃　高熔点
96.5Sn/3.5Ag　　　　　 221℃　　　高强度、高熔点

4、无铅器件焊球成份

　无铅BGA：指BGA的焊球不含铅，本文所指仅为焊球成份为SnAgCu系列的无铅BGA ，SnAgCu（Ag含量为3.0～4.0%，Cu含量为0.3～1.0%），通常为Sn3.7Ag0.8Cu和Sn4.0Ag0.5Cu，熔点在217℃左右。回流曲线工艺要求要点：

　A、峰值温度：225℃-235℃

　B、220℃以上时间控制在：10-30秒

　C、183℃以上时间控制在：60-120秒

　D、160-183℃控制时间：10-20秒

　E、120-160℃控制时间：60-120秒