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无铅锡膏

无铅锡膏,并非绝对的百分百禁绝锡膏内铅的存在,而是要求铅含量必须减少到低于1000ppm(<0.1%)的水平,同时意味着电子制造必须符合无铅的组装工艺要求。“电子无铅化”也常用于泛指包括铅在内的六种有毒有害材料的含量必须控制在1000ppm的水平内。

1991和1993年:美国参议院提出将电子焊料中铅含量控制在0.1%以下的要求,遭到美国工业界强烈反对而夭折;

1991年起NEMI, NCMS, NIST, DIT, NPL, PCIF, ITRI, JIEP等组织相继开展无铅焊料的专题研究,耗资超过 2000万美元,目前仍在继续;

1998年日本修订家用电子产品再生法,驱使企业界开发无铅电子产品;

1998年10月日本松夏公司第一款批量生产的无铅电子产品问世;

2000年6月:美国IPC Lead-Free Roadmap 第4版发表,建议美国企业界于2001年推出无铅化电子产品,2004年实现全面无铅化;

2000年8月:日本 JEITA Lead-Free Roadmap 1.3 版发表,建议日本企业界于2003年实现标准化无铅电子组装;

2002年1月欧盟 Lead-Free Roadmap1.0 版发表,根据问卷调查结果向业界提供关于无铅化的重要统计资料;

欧盟议会和欧盟理事会2003年1月23日发布了第2002/95/EC号《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质的指令》,在这个指令中,欧盟明确规定了六种有害物质为:“汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr)、铅(Pb)、聚溴联苯(PBB)、聚溴二苯醚(PBDE)”;并强制要求自2006年7月1日起,在欧洲市场上销售的电子产品必须为无铅的电子产品;(个别类型电子产品暂时除外)

2003年3月,中国信息产业部拟定《电子信息产品生产污染防治管理办法》,提议自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有Pb。

在无铅锡膏在成分中,主要是由锡/银/铜三部分组成,由银和铜来代替原来的铅的成分。 一、根本的特性和现象在锡/银/铜系统中,锡与次要元素(银和铜)之间的冶金反应是决定应用温度、固化机制以及机械性能的主要因素。按照二元相位图,在这三个元素之间有三种可能的二元共晶反应。银与锡之间的一种反应在221°C形成锡基质相位的共晶结构和ε金属之间的化合相位(Ag3Sn)。铜与锡反应在227°C形成锡基质相位的共晶结构和η金属间的化合相位(Cu6Sn5)。银也可以与铜反应在779°C形成富银α相和富铜α相的共晶合金。可是,在现时的研究中1,对锡/银/铜三重化合物固化温度的测量,在779°C没有发现相位转变。这表示很可能银和铜在三重化合物中直接反应。而在温度动力学上更适于银或铜与锡反应,以形成Ag3Sn或Cu6Sn5金属间的化合物。因此,锡/银/铜三重反应可预料包括锡基质相位、ε金属之间的化合相位(Ag3Sn)和η金属间的化合相位(Cu6Sn5)。

和双相的锡/银和锡/铜系统所确认的一样,相对较硬的Ag3Sn和Cu6Sn5 粒子在锡基质的锡/银/铜三重合金中,可通过建立一个长期的内部应力,有效地强化合金。这些硬粒子也可有效地阻挡疲劳裂纹的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔较细小的锡基质颗粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越细小,越可以有效的分隔锡基质颗粒,结果是得到整体更细小的微组织。这有助于颗粒边界的滑动机制,因此延长了提升温度下的疲劳寿命。

虽然银和铜在合金设计中的特定配方对得到合金的机械性能是关键的,但发现熔化温度对0.5~3.0%的铜和3.0~4.7%的银的含量变化并不敏感。

机械性能对银和铜含量的相互关系分别作如下总结2:当银的含量为大约3.0~3.1%时,屈服强度和抗拉强度两者都随铜的含量增加到大约1.5%,而几乎成线性的增加。超过1.5%的铜,屈服强度会减低,但合金的抗拉强度保持稳定。整体的合金塑性对0.5~1.5%的铜是高的,然后随着铜的进一步增加而降低。对于银的含量(0.5~1.7%范围的铜),屈服强度和抗拉强度两者都随银的含量增加到4.1%,而几乎成线性的增加,但是塑性减少。

在3.0~3.1%的银时,疲劳寿命在1.5%的铜时达到最大。发现银的含量从3.0%增加到更高的水平(达4.7%)对机械性能没有任何的提高。当铜和银两者都配制较高时,塑性受到损害,如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu。

无铅锡膏首先要能够真正满足环保要求,不能把铅去除了,又添加了新的有毒或有害的物质;要确保无铅焊料的可焊性及焊后的可靠性,并要考虑到客户所承受的成本等众多问题。概括起来讲,无铅焊料应尽量满足以下这些要求:

1、无铅焊料的熔点要低,尽可能地接近63/37锡铅合金的共晶温度183℃,如果新产品的共晶温度只高出183℃几度应该不是很大问题,但目前尚没有能够真正推广的,并符合焊接要求的此类无铅焊料;另外,在开发出有较低共晶温度的无铅焊料以前,应尽量把无铅焊料的熔融间隔温差降下来,即尽量减小其固相线与液相线之间的温度区间,固相线温度最小为150℃,液相线温度视具体应用而定(波峰焊用锡条:265℃以下;锡丝:375℃以下;SMT用焊锡膏:250℃以下,通常要求回流焊温度应该低于225~230℃)。

2、无铅焊料要有良好的润湿性;一般情况下,再流焊时焊料在液相线以上停留的时间为30~90秒,波峰焊时被焊接管脚及线路板基板面与锡液波峰接触的时间为4秒左右,使用无铅焊料以后,要保证在以上时间范围内焊料能表现出良好的润湿性能,以保证优质的焊接效果;

3、焊接后的导电及导热率都要与63/37锡铅合金焊料相接近;

4、焊点的抗拉强度、韧性、延展性及抗蠕变性能都要与锡铅合金的性能相差不多;

5、成本尽可能的降低;目前,能控制在锡铅合金的1.5~2倍,是比较理想的价位;

6、所开发的无铅焊料在使用过程中,与线路板的铜基、或线路板所镀的无铅焊料、以及元器件管脚或其表面的无铅焊料及其它金属镀层间,有良好的钎合性能;

7、新开发的无铅焊料尽量与各类助焊剂相匹配,并且兼容性要尽可能的强;既能够在活性松香树脂型助焊剂(RA)的支持下工作,也能够适用温和型、弱活性松香焊剂(RMA)或不含松香树脂的免清洗助焊剂才是以后的发展趋势;

8、焊接后对焊点的检验、返修要容易;

9、所选用原材料能够满足长期的充分供应;

10、与目前所用的设备工艺相兼容,在不更换设备的状况下可以工作。

现在市场上的无铅锡膏品牌多样,主要品牌有TAMURA田村、ALPHA、千住,韩国汉顺(HASUNG)、,KOKI等。


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