焊錫絲(線)、焊錫條(棒)、無鉛焊錫制作流程:

      錫/鉛(Tin/Lead)成分的焊錫是電子裝配中最常用的焊錫，可是，在去年，整個工業(yè)出現(xiàn)一股推動力向無鉛焊錫轉(zhuǎn)換。其理由是人們越來越了解有關(guān)鉛的使用及其對人類健康的不良影響。

      與鉛有關(guān)的健康危害包括神經(jīng)系統(tǒng)和生育系統(tǒng)紊亂、神經(jīng)和身體發(fā)育遲緩。鉛中毒特別對年幼兒童的神經(jīng)發(fā)育有危害。已有法律來控制鉛的使用，例如，鉛在鉛錘、汽油和油畫中的使用有嚴(yán)格的規(guī)范，在美國從1978 年起，鉛在消費(fèi)油畫中的使用已被禁止，其它相關(guān)的法規(guī)在美國、歐洲和日本正在孕育之中。 
      表一顯示了鉛在各種產(chǎn)品中的使用量，蓄電池占鉛用量的80%，電子焊錫大約占所有鉛用量的0.5%，即使鉛在電子焊錫中的使用被禁止，也不能解決全部的鉛中毒問題。可是，電子焊錫中的0.5%的鉛數(shù)量上還是可觀的。
表一、鉛在產(chǎn)品中的消耗量
                        產(chǎn)品　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 消耗量(%)
                        蓄電池　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 80.81
                        其它氧化物(油畫、玻璃和陶瓷產(chǎn)品、顏料和化學(xué)品)　  4.78
                        彈藥　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4.69
                        鉛箔紙　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.79
                        電纜覆蓋物　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.40
                        鑄造金屬　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.13
                        銅錠、銅坯　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 0.72
                        管道、彎頭和其它擠壓成型產(chǎn)品　　　　　　　　　　 0.72
                        焊錫(非電子焊錫)　　　　　　　　　　　　　　　　  0.70
                        電子焊錫　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 0.49
                        其它　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2.77
                        代替鉛的元素
       電子工業(yè)正在尋找無鉛焊錫，能夠取代普遍接受和廣泛使用的錫/鉛焊錫。研究與開發(fā)的努力集中在潛在的合金上面，這種合金要提供與錫/鉛共晶焊錫相似的物理、機(jī)械、溫度和電氣性能。表二是可以取代鉛的金屬及其相對成本。
表二、替代鉛的材料及其相對價格
                        鉛的替代元素　　　　　　相對價格
                        鉛(參考值)　　　　　　 　 　1
                        銻(Sb)　　　　　　　　　 　2.2
                        鉍(Bi)　　　　　　　　 　　 7.1
                        銅(Cu)　　　　　　　　　 　2.5
                        銦(In)　　　　　　　　 　    194
                        銀(Ag)　　　　　　　　　　212
                        錫 (Sn)　　　　　　　　  　 6.4
                        鋅(Zn)　　　　　　　　　　1.3
       除了成本之外，還必須了解考慮作為鉛替代的元素的供需情況。如表三所示，含鉍合金從可利用資源的出發(fā)點(diǎn)上是無希望的，現(xiàn)在可利用得鉍供應(yīng)可能被全部用完，如果將此合金廣泛用于正在蓬勃發(fā)展的電子工業(yè)。
表三、美國礦產(chǎn)局有關(guān)不同元素的世界用量及產(chǎn)量的數(shù)據(jù)
                        元素　　　世界用量(噸)　　世界產(chǎn)量(噸)　　 剩余產(chǎn)量(噸)
                        Ag　　　　　13,500　　　　　15,000　　　　　 1,500
                        Bi　　　　　 4,000　　　　   　 8,000　　　　  　4,000
                        Cu　　　　　8,000,000　　 　 10,200,000　　　  2,200,000
                        In　　　　 　80 to 100　　      200　　　　　　　100
                        Sb　　　　　78,200　　　　　122,300　　　　　44,100
                        Sn　　　　　160,000　　　 　 241,000　　　　　81,000
                        Zn　　　　　6,900,000　　　  7,600,000　　　　700,000
                        注：現(xiàn)在世界焊錫消耗量 = 60,000 噸，或 6,600,000 升

       從表二所顯示的潛在替代金屬的相對價格看，很明顯，許多無鉛焊錫將比其替代的錫/鉛焊錫貴得多。例如，銦(In)是用來取代鉛的主要元素之一，但它是一種次貴重金屬，幾乎和銀一樣貴?？墒菓?yīng)該注意，所建議的焊錫合金的高成本在決定最終產(chǎn)品價格時，并不象最初所顯示的那么重要。因?yàn)樗璧牧可伲谘b配中，和其它成本因素如：元件、電路板及裝配相比，焊錫成本幾乎不重要。所選合金的性能是非常重要的。

無鉛焊錫及其特性
       和溫度、機(jī)械、蠕變、疲勞特性一樣，熔化溫度點(diǎn)是最重要的焊錫特性之一。表四提供了現(xiàn)時能買到的無鉛焊錫一覽表。
表四、無鉛焊錫及其特性
                        無鉛焊錫化學(xué)成份　　　熔點(diǎn)范圍　　　　　　　說明
                        48Sn/52In　　　　　　118°C共熔　 低熔點(diǎn)、昂貴、強(qiáng)度低
                        42Sn/58Bi　　　　　　138°C共熔　 已制定、Bi的可利用關(guān)注
                        91Sn/9Zn　　　　　　 199°C共熔　 渣多、潛在腐蝕性
                        93.5Sn/3Sb/2Bi/1.5Cu 218°C共熔　 高強(qiáng)度、很好的溫度疲勞特性
                        95.5Sn/3.5Ag/1Zn　　 218~221°C　 高強(qiáng)度、好的溫度疲勞特性
                        99.3Sn/0.7Cu　　　　 227°C　　　 高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)
                        95Sn/5Sb　　　　　　 232~240°C　 好的剪切強(qiáng)度和溫度疲勞特性
                        65Sn/25Ag/10Sb　　　 233°C　　　 摩托羅拉專利、高強(qiáng)度
                        97Sn/2Cu/0.8Sb/0.2Ag 226~228°C　 高熔點(diǎn)
                        96.5Sn/3.5Ag　　　　 221°C　　　 共熔 高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)

                        應(yīng)該注意到，無鉛焊錫的化學(xué)成份還正在優(yōu)化，以達(dá)到所希望的特性。表四中的焊錫化學(xué)成份可能在商業(yè)上購買的焊錫中有稍微的不同。例如，表五顯示了一些從不同的供應(yīng)商購買的焊錫品牌。
表五、不同供應(yīng)商的無鉛焊錫

                        焊錫名稱　　　　化學(xué)成份　　　　　　　　熔點(diǎn)　　　 說明
                        Indalloy 227　　77.2Sn/20In/2.8Ag　　　 187°C　　
                        潛在的In/Pb不兼容性，要求對 PCB 焊盤和元件引腳無鉛電鍍　
                        Alloy H　　　　 84.5Sn/7.5Bi/5Cu/2Ag　　212°C　　
                        液態(tài)溫度太高，要求260°C以上的波峰焊溫度　
                        Tin/Zinc/Indium 81Sn/9Zn/10In　　　　　 178°C　　
                        潛在的In/Pb不兼容性，要求對PCB焊盤和元件引腳無鉛電鍍　
                        Castin　　　　　96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.55Sb　215°C　液態(tài)溫度太高，要求260°C以上的波峰焊溫度Tin

/Silver/Copper　93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu　 217°C 液態(tài)溫度太高，要求260°C以上的波峰焊溫度含有高量銦(In)的無鉛焊錫(如表五中第一種合金)有潛在的銦和鉛的不兼容性，如果板面和元件引腳上有鉛的話。為了得到真正的無鉛工藝，如果使用含銦合金，則可能有必要在PCB上使用無鉛表面處理。工業(yè)上正注重開發(fā)可替代的電鍍層。例如AlphaMetal 的AlphaLevel閃燃銀電鍍，和Motorola的對板層和元件引腳的錫/鉍電鍍。
        從表四我們可以看到，無鉛焊錫要不比錫/鉛共晶合金的熔點(diǎn)低很多，要不高很多。表五所示大都是較高溫度的無鉛焊錫。當(dāng)使用低溫焊錫時，需要特殊的助焊劑，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的助焊劑可能在低溫下無活性。和低溫焊錫有關(guān)的另一個溫題是由于次共熔溫度下，較低的流動性引起的潤濕特性的減少。 對低溫應(yīng)用，含銦焊錫正得到接受。一些公司正使用一種52In/48Sn的含銦焊錫，因?yàn)槠漭^好的返工/返修特性。因?yàn)樵摵辖鸬娜埸c(diǎn)在118°C(244° F)，返工是在低溫下進(jìn)行，一般不會引起溫度損壞。如果印刷電路板是鍍金作防氧化用，那么，含銦焊錫可用來防止金流失。 另一種低熔點(diǎn)無鉛焊錫是58Bi/42Sn。如果我們看看Sn/Bi合金的金相圖，會發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)在138°C。鉍用于焊接合金中以達(dá)到低的焊接溫度，但該合金一般顯示出差的液化特性。
        表四中列出的許多其它合金，比錫/鉛共晶的熔點(diǎn)183° C要高很多。如，鋅/錫高溫?zé)o鉛焊錫的熔點(diǎn)為198° C高熔點(diǎn)焊錫將和現(xiàn)在廣泛使用的基板材料，如FR-4，不相融合。另外，返工不得不采用高溫，將大大增加對板損壞的可能性。
        現(xiàn)時還沒有混入式的無鉛焊錫替代產(chǎn)品，雖然有些供應(yīng)商把他們的焊錫描述成“幾乎混入式的”。甚至這些要求返工的焊接烙鐵的溫度高達(dá)400°C(750° F)，這在某些方面的應(yīng)用是一個太高的溫度，可能引起潛在的溫度損壞。 還有，在波峰焊接中使用高熔點(diǎn)焊錫的關(guān)鍵問題之一是，增加電容斷裂的可能性。波峰焊接溫度需要保持在大約230~245°C，高過錫/鉛焊錫熔點(diǎn)大約45~65° C。一種熔點(diǎn)為220° C的無鉛焊錫，要求265~280°C的波峰焊接溫度，這增加了預(yù)熱和波峰之間的溫度差，增加了電容斷裂的可能性。
       一般來說，幾乎所有的無鉛焊錫都比錫/鉛共晶的潤濕性能(擴(kuò)散性)差，引起不良的焊腳。為了改善潤濕性能，要求特別的助焊劑配方。無鉛焊錫的疲勞特性也不太好，雖能在一份研究中，用高溫95.6Sn/3.5Ag(表四中最后一種合金)進(jìn)行溫度循環(huán)后，沒有觀察到焊接點(diǎn)完整性的退化。 理想的焊錫熔點(diǎn)應(yīng)在大約180° C，這樣回流溫度為210~230° C，波峰爐溫為235~245°C，手工焊接溫度為345~400° C(650~700°F)。只有很熟練的操作員才可以操作更高的手工焊接溫度，而避免溫度損壞。
       電子工業(yè)協(xié)會(IPC)的標(biāo)準(zhǔn)，J-STD-006，提供了詳細(xì)的錫/鉛和無鉛焊錫的列表?？墒牵瑳]有哪一種無鉛焊錫被認(rèn)定為混入式的錫/鉛共晶的替代產(chǎn)品。工業(yè)還在尋找真正可以替代錫/鉛共晶的正確的無鉛焊錫。這是一個工業(yè)必須應(yīng)付的挑戰(zhàn)。(華達(dá)康技術(shù)部)