锡铅焊锡替代材料的选择

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1、锡铅焊锡替代材料的选择

2、第1随着人类文明的进步，人们的环境意识正逐渐增强。保护自然环境，减少工业污染，已越来越受到人们的关注。SMT（表面贴装技术）生产作为电子生产的一部分，也不可避免地存在有对环境污染的问题。目前一些发达国家的科研机构正开展相关研究，寻找解决SMT生产污染问题的方法和途径，使SMT生产向绿色环保方向发展。目前在SMT生产过程中普遍采用的是锡铅焊锡，其中铅的含量在40%左右。众所周知铅是有毒的金属，将会对人体和周围环境造成相当巨大的影响。为了消除铅污染，采用锡铅焊锡的替代者已势在必行,制造商们正在寻找可行的替代材料，包括无铅焊锡材料与可导电性胶

3、。无铅焊锡无铅焊锡技术并不是现在才出现的。多年来，许多制造商已经在一些适当位置应用中使用了无铅合金，提供较高的熔点或满足特殊的材料要求。可是，今天无铅焊锡研究的目的是要决定哪些合金应该用来取代现在每年使用的估计50,000吨的锡-铅焊锡。取消资源丰富价格便宜的(大约每磅0.40美元)铅，代之以另外的元素，原材料的成本可能增加许多。选择用来取代铅的材料必须满足各种要求：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)-不能得到大的数量，只够用作无铅焊锡合金的添加成分。2、替代合金应是无毒性的。一些考虑中的

4、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。不是所有的替代合金都可轻易地取代现有的焊接过程。作为欧洲IDEALS计划一部分的研究发现，超过200种研究

5、的合金中，不到10种无铅焊锡选择是可行的。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

6、，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。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。无铅合金的较高熔化温度可提供一些优势，比如，提高抗拉强度和更好的温度疲劳阻抗、使其适合于象汽车电子元件这样的高温应用。电路板与元件的表面涂层也必须与无铅焊锡兼容。例如，铜表面涂层的板面上的焊接点可能

7、在机械上和外观上都受较高的无铅焊锡的表面贴装技术(SMT)回流焊接温度的影响，它可能造成锡与铜之间有害金属间化合物的形成。无铅焊锡的外观也是不同的(比如，某些配方看上去光亮但比传统的锡-铅焊锡缺少一点反光性)，可能要求标准品质控制程序的改变。最后，因为现在没有高含铅(high-lead-bearing)焊锡的替代品存在，所以完全的无铅装配还是不可能的。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(K)比胶的(3-25ontrealProtocol)之后，该协议要求制造商减少CFC的使用，CFC的

8、使用已经受到限制，电路板制造商经常被迫使用效果较差和成本较高的方法来清除助焊剂，虽然许多已经转向免洗或可水洗的化学剂。可是，胶是过程友好的，减少有害废弃的化学品或有关处理成本。未来今天可购买到所有形式的无铅焊锡-从锡条到锡膏到预成型。开发新型助焊剂化学品的工作仍在继续，它可使无铅焊锡提供与含铅焊锡材料相同的性能。导电胶也在改进，以较低成本的、结合替代金属填充物或导电性聚合物的配方，提供优良的机械性能。在未来，电子设备制造商将继续使用导电胶和焊锡两种材料。一旦无铅法规开始生效，胶与焊锡两者，单独地和时常协作地，都将提供环境上更安全的装配选择。