❶ 求焊接鋸片刀頭設備技術..我從事木工刀具銷售行業.想買套設備自己做鋸片成型刀焊齒.要能教技術的
一）用氧炔銅焊。不需要多少設備的投入，簡單易行。
二）高頻感應焊。要高頻感應焊機，焊接專用銅粉。優點：發熱小，焊接質量好，焊後刀片美觀易排列整齊。
三）合金鋸片自動焊接。設備投資高。
硬質合金由超細微粉在高壓內完成燒結溫度在1200℃，現在合金焊接都偏向低溫焊接。目的保護其金相組織在焊接時不受到破壞，焊接溫度不宜高於750℃，溫度 均勻最好隔齒焊接。焊齒時要注意合金有否碳化物，保持合金干凈周邊不要有灰塵或車間恆溫，齒座不允許有銹點或氧化物，助焊劑不宜太濃或太稀，調成糊狀，有 粒狀助焊劑不能使用。注意沉澱，重復使用時要調和助焊劑，最好滴在合金上，不要糊在基體齒根外。使用銀焊絲不能追求含銀量過高，一般在45%就可以。銀焊 絲主要金屬元素銀、銅、鎳，銀低溫，鎳鋅增強流動性，銅增加強度，只要增加適量錳、銦、硒，粘結力更強。錳有氣孔，銦、硒元素太貴，一般焊絲焊接強度每平 方厘米強度為5-16KG，一般每個齒視合金焊接面積大小而定，每齒強度不能低於50KG，工業類型在100KG以上。焊完鋸片後隨即放在100℃烘箱內 回火，減少焊齒造成應力及細化合金內部組織，提高耐用及耐磨度 。另木工刀具論壇有硬質合金圓鋸片製造技術-杭州戈盾手動鋸片高頻焊齒操作視頻可以去參考下。
❷ 表面裝貼技術
無鉛焊接
考慮到環境和健康的因素，歐盟已通過立法將在2008年停止使用含鉛釺料，美國和日本也正積極考慮通過立法來減少和禁止鉛等有害元素的使用。 鉛的毒害目前全球電子行業用釺料每年消耗的鉛約為20000t，大約佔世界鉛年總產量的5%。鉛和鉛的化合物已被環境保護機構(EPA)列入前17種對人體和環境危害最大的化學物質之一。 無鉛釺料 目前常用的含鉛合金焊料粉末有錫一鉛（Sn-Pb）、錫一鉛一銀（Sn-Pb-Ag）、錫一鉛一鉍（Sn-Pb-Bi）等，常用的合金成分為63%Sn/37%Pb以及62%Sn/36%Pb/2%Ag。不同合金比例有不同的熔化溫度。對於標準的Sn63和Sn62焊料合金來說，迴流溫度曲線的峰值溫度在203到230度之間。然而，大部分的無鉛焊膏的熔點比Sn63合金高出30至45度，因此， 無鉛釺料的基本要求目前國際上公認的無鉛釺料定義是:以Sn為基體，添加了Ag、Cu、Sb、In其它合金元素，而Pb的質量分數在0.2%以下的主要用於電子組裝的軟釺料合金。無鉛釺料不是新技術，但今天的無鉛釺料研究是要尋求年使用量為5～6萬噸的Sn-Pb釺料的替代產品。因此，替代合金應該滿足以下要求:
(1)其全球儲量足夠滿足市場需求。某些元素，如銦和鉍，儲量較小，因此只能作為無鉛釺料中的微量添加成分;
(2)無毒性。某些在考慮范圍內的替代元素，如鎘、碲是有毒的。而某些元素，如銻，如果改變毒性標準的話，也可以認為是有毒的;
(3)能被加工成需要的所有形式，包括用於手工焊和修補的焊絲;用於釺料膏的焊料粉;用於波峰焊的焊料棒等。不是所有的合金能夠被加工成所有形式，如鉍的含量增加將導致合金變脆而不能拉拔成絲狀;
(4)相變溫度(固/液相線溫度)與Sn-Pb釺料相近;
(5)合適的物理性能，特別是電導率、熱導率、熱膨脹系數;
(6)與現有元件基板/引線及PCB材料在金屬學性能上兼容;
(7)足夠的力學性能:剪切強度、蠕變抗力、等溫疲勞抗力、熱機疲勞抗力、金屬學組織的穩定性;
(8)良好的潤濕性;
(9)可接受的成本價格。
新型無鉛釺料的成本應低於 22.2/kg，因此其中In的質量分數應小於1.5%，Bi含量應小於2.0%。 早期的研發計劃集中於確定新型合金成分、多元相圖研究和潤濕性、強度等基本性能考察。後期的研發計劃主要集中於五種合金系列:SnCu、SnAg、SnAgCu、SnAgCuSb和SnAgBi。並深入探討其疲勞性能、生產行為和工藝優化。 表2.3 NCMS美國國家製造科學中心提出的無鉛釺料性能評價標准 IPC也於2000年6月發布了研究報告「A guide line for assembly of lead-free electronics」。
目前國際上關於無鉛釺料的主要結論如下:現在已經有很多種無鉛釺料面世沒有一種能夠為SnPb釺料的直接替代提供全面的解決方案。
(1)對於某些特殊的工藝過程，某些特定的無鉛釺料可以實現直接替代;
(2)目前而言，最吸引人的無鉛釺料是Sn-Ag-Cu系列。其他有潛力的組合包括Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Bi;
(3)目前還沒有合適的高鉛高熔點釺料的無鉛替代品;
(4)目前看來，釺劑的化學系統不需要進行大的變動;
(5)無鉛釺料形成焊點的可靠性優於SnPb合金。
幾種無鉛釺料的對比
(1)SnCu:價格最便宜;熔點最高;力學性能最差。
(2)SnAg:力學性能良好，可焊性良好，熱疲勞可靠性良好，共晶成分時熔點為221℃。SnAg和SnAgCu組合之間的差異很小，其選擇主要取決於價格、供貨等其他因素。
(3)SnAgCu(Sb):直到最近幾年才知道Sn-Ag-Cu之間存在三元共晶，且其熔點低於Sn-Ag共晶，當然該三元共晶的准確成分還存在爭議。與Sn-Ag和Sn-Cu相比，該組合的可靠性和可焊性更好。而且加入0.5%Sb後還可以進一步提高其高溫可靠性。
(4)SnAgBi(Cu)(Ge):熔點較低，200～210℃;可靠性良好;在所有無鉛釺料中可焊性最好，已得到Matsushita確認;加入Cu或Ge可進一步提高強度;缺點是含Bi帶來潤濕角上升缺陷的問題。
(5)SnZnBi:熔點最接近於Sn-Pb共晶;但含Zn帶來很多問題，如釺料膏保存期限、大量活性釺劑殘渣、氧化問題、潛在腐蝕性問題。目前不推薦使用。 2.2 選擇合金 由上，本次迴流工藝設計焊料合金採用Sn/Ag/Cu合金（Sn/Ag3.0/Cu0.5），因為該合金被認為是國際工業中的首選並且得到了工業和研究公會成員的推薦。因為雖然一些公會還提議並且研究了另一種合金Sn/0.7Cu（質量百分比），一些企業在生產中也有採用這種合金。但是相對Sn/Cu合金的可靠性和可濕性，另外考慮到在迴流焊和波峰焊中採用同種合金，Sn/Ag/Cu合金便成為工藝發展試驗最好的選擇。 Sn/Ag3.0/Cu0.5合金性能： 溶解溫度：固相線217℃/液相線220℃；成本：0.10美元/cm3 與Sn/Cu焊料價格比：2.7 機械強度：48kg/mm2 延伸率：75％ 濕潤性：良 由Sn/Ag/Cu合金性能可知：焊料合金熔融溫度比原Sn/Pb合金高出36℃，形成商品化後的價格也比原來提高。工藝焊接溫度採用日本對此合金焊料的推薦工藝曲線，見圖2.1。
日本推薦的無鉛迴流焊典型工藝曲線 說明：推薦的工藝曲線上有三個重要點：
（1） 預熱區升溫速度要盡量慢一些（選擇數值2～3℃/s），以便控制由焊膏的塌邊而造成焊點的橋接、焊錫球等。
（2） 預熱要求必須在（45～90sec、120～160℃）范圍內，以控制由PCB基板的溫差及焊劑性能變化等因素而發生迴流焊時的不良。
（3） 焊接的最高溫度在230℃以上，保持20～30sec，以保證焊接的濕潤性。 冷卻速度選擇-4℃/s 6 迴流焊中出現的缺陷及其解決方案 焊接缺陷可以分為主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的缺陷稱為主要缺陷；次要缺陷是指焊點之間潤濕尚好，不會引起SMA功能喪失，但有影響產品壽命的可能的缺陷；表面缺陷是指不影響產品的功能和壽命。它受許多參數的影響，如焊膏、基板、元器件可焊性、印刷、貼裝精度以及焊接工藝等。我們在進行SMT工藝研究和生產中，深知合理的表面組裝工藝技術在控制和提高SMT生產質量中起著至關重要的作用。
迴流焊中的錫珠
(1) 迴流焊中錫珠形成的機理 迴流焊中出現的錫珠（或稱焊料球），常常藏於矩形片式元件兩焊端之間的側面或細間距引腳之間，如圖6.1、6.2。在元件貼裝過程中，焊膏被置於片式元件的引腳與焊盤之間，隨著印製板穿過迴流焊爐，焊膏熔化變成液體，如果與焊盤和器件引腳等潤濕不良，液態焊料會因收縮而使焊縫填充不充分，所有焊料顆粒不能聚合成一個焊點。部分液態焊料會從焊縫流出，形成錫珠。因此，焊料與焊盤和器件引腳的潤濕性差是導致錫珠形成的根本原因。 圖6.1 片式元件一例有粒度稍大的錫球 圖6.2 比引腳四周有分散的錫球 錫膏在印刷工藝中，由於模板與焊盤對中偏移，若偏移過大則會導致鍋膏漫流到焊盤外，加熱後容易出現錫珠。貼片過程中Z軸的壓力是引起錫珠的一項重要原因，往往不被人們歷注意，部分貼片機由於Z鈾頭是依據元件的厚度來定位．故會引起元件貼到PCB上一瞬間將錫蕾擠壓到焊盤外的現象，這部分組喜明顯會引起錫珠。這種情況下產生的錫珠尺寸稍大，通常只要重新調節Z鈾高度，就能防止錫珠的產生。
(2) 原因分析與控制方法 造成焊料潤濕性差的原因很多，以下主要分析與相關工藝有關的原因及解決措施:
(1) 迴流溫度曲線設置不當。焊膏的迴流與溫度和時間有關，如果未到達足夠的溫度或時間，焊膏就不會迴流。預熱區溫度上升速度過快，時間過短，使焊膏內部的水分和溶劑未完全揮發出來，到達迴流焊溫區時，引起水分、溶劑沸騰，濺出錫珠。實踐證明，將預熱區溫度的上升速度控制在1～4℃/s是較理想的。
(2) 如果總在同一位置上出現錫珠，就有必要檢查金屬模板設計結構。模板開口尺寸腐蝕精度達不到要求，焊盤尺寸偏大，以及表面材質較軟(如銅模板)，會造成印刷焊膏的外形輪廓不清晰，互相橋接，這種情況多出現在對細間距器件的焊盤印刷時，迴流焊後必然造成引腳間大量錫珠的產生。因此，應針對焊盤圖形的不同形狀和中心距，選擇適宜的模板材料及模板製作工藝來保證焊膏印刷質量。
(3) 如果從貼片至迴流焊的時間過長，則因焊膏中焊料粒子的氧化，焊劑變質、活性降低，會導致焊膏不迴流，產生錫珠。選用工作壽命長一些的焊膏(我們認為至少4h)，則會減輕這種影響。
(4) 另外，焊膏錯印的印製板清洗不充分，會使焊膏殘留於印製板表面及通孔中。迴流焊之前，貼放元器件時，使印刷焊膏變形。這些也是造成錫珠的原因。因此應加強操作者和工藝人員在生產過程中的責任心，嚴格遵照工藝要求和操作規程進行生產，加強工藝過程的質量控制。 6.2 立片問題(曼哈頓現象) 形片式元件的一端焊接在焊盤上，而另一端則翹立，這種現象就稱為曼哈頓現象，見圖6.5。引起這種現象的主要原因是元件兩端受熱不均勻，焊膏熔化有先後所致。在以下情況會造成元件兩端受熱不均勻: 圖6.5 立片現象 圖6.6 元件偏離焊盤故兩側受力不平衡產生立片現象 。
(1)元件排列方向設計不正確。我們設想在迴流焊爐中有一條橫跨爐子寬度的迴流焊限線，一旦焊膏通過它就會立即熔化，如圖6.7所示。片式矩形元件的一個端頭先通過迴流焊限線，焊膏先熔化，完全浸潤元件端頭的金屬表面，具有液態表面張力;而另一端未達到183℃液相溫度，焊膏未熔化，只有焊劑的粘接力，該力遠小於迴流焊焊膏的表面張力，因而，使未熔化端的元件端頭向上直立。因此，應保持元件兩端同時進入迴流焊限線，使兩端焊盤上的焊膏同時熔化，形成均衡的液態表面張力，保持元件位置不變。 圖6.7 焊盤一側錫青末熔化．兩焊盤張力不平衡就會出現立碑。
(2)在進行汽相焊接時印製電路組件預熱不充分。汽相焊是利用惰性液體蒸汽冷凝在元件引腳和PCB焊盤上時，釋放出熱量而熔化焊膏。汽相焊分平衡區和飽和蒸汽區，在飽和蒸汽區焊接溫度高達217℃，在生產過程中我們發現，如果被焊組件預熱不充分，經受100℃以上的溫差變化，汽相焊的汽化力很容易將小於1206封裝尺寸的片式元件浮起，從而產生立片現象。我們通過將被焊組件在高低溫箱內145～150℃的溫度下預熱1～2min，然後在汽相焊的平衡區內再預熱1min左右，最後緩慢進入飽和蒸汽區焊接，消除了立片現象。
(3)焊盤設計質量的影響。若片式元件的一對焊盤尺寸不同或不對稱，也會引起印刷的焊膏量不一致，小焊盤對溫度響應快，其上的焊膏易熔化，大焊盤則相反，所以，當小焊盤上的焊膏熔化後，在焊膏表面張力作用下，將元件拉直豎起。焊盤的寬度或間隙過大，也都可能出現立片現象。嚴格按標准規范進行焊盤設計是解決該缺陷的先決條件。 6.3 橋接 橋接也是SMT生產中常見的缺陷之一，它會引起元件之間的短路，遇到橋接必須返修。橋接這發生的過程。
(1)焊膏質量問題 錫膏中金屬含量偏高，特別是印刷時間過久後．易出現金屬含量增高；焊膏黏度低，預熱後漫流到焊盤外；焊膏塌落度差，預熱後漢漫到焊盤外，均會導致IC引腳橋接。 解決辦法是調整錫膏。
(2)印刷系統 印刷機重復精度差，對位不齊，錫膏印刷到銀條外，這種情況多見於細間距QFP生產；鋼板對位不好和PCB對位不好以及鋼板窗口尺寸／厚度設計不對與PCB焊盤設計合金鍍層不均勻，導致的錫膏量偏多，均會造成橋接。 解決方法是調整印刷機，改善PCB焊盤塗覆層。
(3)貼放 貼放壓力過大，錫膏受壓後浸沉是生產中多見的原因，應調整Z軸高度。若有貼片精度不夠，元件出現移位及IC引腳變形，則應針對原因改進。
(4)預熱 升溫速度過快，錫膏中溶劑來不及揮發。 6.4 吸料／芯吸現象 芯吸現象又稱抽芯現象是常見焊接缺陷之一如圖6.8，多見於汽相迴流焊中。芯吸現象是焊料脫離焊盤沿引腳上行到引腳與晶元本體之間，會形成嚴重的虛焊現象。 圖6.8 芯吸現象 產生的原因通常認為是元件引腳的導熱率大．升溫迅速，以致焊料優先潤濕引腳，焊料與引腳之間的潤濕力遠大於焊料與焊盤之間的潤濕力，引腳的上翹更會加劇芯吸現象的發生。在紅外迴流焊中，PCB基材與焊料中的有機助焊劑是紅外線的優良吸收介質，而引腳卻能部分反射紅外線，相比而言，焊料優先熔化，它與焊盤的潤濕力大於它與引腳之間的潤濕力，故焊料不會沿引腳上升，發生芯吸現象的概率就小很多。 解決辦法是：在汽相迴流焊時應首先將SMA充分預熱後再放入汽相爐中；應認真檢查和保證PCB板焊盤的可焊性，可焊性不好的PCB不應用於生產；元件的共面性不可忽視，對共面性不良的器件不應用於生產。 6.5 焊接後印製板阻焊膜起泡 印製板組件在焊接後，會在個別焊點周圍出現淺綠色的小泡，嚴重時還會出現指甲蓋大小的泡狀物，不僅影響外觀質量，嚴重時還會影響性能，是焊接工藝中經常出現的問題之一。 阻焊膜起泡的根本原因，在於阻焊膜與陽基材之間存在氣體/水蒸氣。微量的氣體/水蒸氣會夾帶到不同的工藝過程，當遇到高溫時，氣體膨脹，導致阻焊膜與陽基材的分層。焊接，焊盤溫度相對較高，故氣泡首先出現在焊盤周圍。 現在加工過程經常需要清洗，乾燥後再做下道工序，如腐刻後，應乾燥後再貼阻焊膜，此時若乾燥溫度不夠，就會夾帶水汽進入下道工序。PCB加工前存放環境不好，濕度過高，焊接時又沒有及時乾燥處理；在波峰焊工藝中，經常使用含水的助焊劑，若PCB預熱溫度不夠，助焊劑中的水汽會沿通孔的孔壁進入到PCB基板的內部，焊盤周圍首先進入水汽，遇到焊接高溫後這些情況都會產生氣泡。 解決辦法是； (1)應嚴格控制各個環節，購進的PCB應檢驗後入庫．通常標准情況下，不應出現起泡現象； (2)PCB應存放在通風乾燥環境下，存放期不超過6個月； (3)PCB在焊接前應放在烘箱中預烘105℃／4h～6h； 6.6 PCB扭曲 PCB扭曲問題是SMT大生產中經常出現的問題，它會對裝配及測試帶來相當大的影響，因此在生產中應盡量避免這個問題的出現，PCB扭曲的原因有如下幾種： (1) PCB本身原材料選用不當，PCB的Tg低，特別是紙基PCB，其加工溫度過高，會使PCB變彎曲。 (2) PCB設計不合理，元件分布不均會造成PCB熱應力過大，外形較大的連接器和插座也會影響PCB的膨脹和收縮，乃至出現永久性的扭曲。 (3)雙面PCB，若一面的銅箔保留過大(如地線)，而另一面銅箔過少，會造成兩面收縮不均勻而出現變形。 (4)迴流焊中溫度過高也會造成PCB的扭曲。 針對上述原因，其解決辦法如下：在價格和空間容許的情況下，選用Tg高的PCB或增加PCB的厚度，以取得最佳長寬比；合理設計PCB，雙面的鋼箔面積應均衡，在沒有電路的地方布滿鋼層，並以網路形式出現，以增加PCB的剛度，在貼片前對PCB進行預熱，其條件是105℃／4h；調整夾具或夾持距離，保證PCB受熱膨脹的空間；焊接工藝溫度盡可能調低；已經出現輕度扭曲時，可以放在定位夾具中，升溫復位，以釋放應力，一般會取得滿意的效果。 6.7 IC引腳焊接後引腳開路/虛焊 IC引腳焊接後出現部分引腳虛焊，是常見的焊接缺陷，產生的原因很多，主要原因，一是共面性差，特別是QFP器件．由於保管不當，造成引腳變形，有時不易被發現(部分貼片機沒有檢查共面性的功能)，產生的過程如圖6.9所示。 圖6.9 共面性差的元件焊接後出現需焊 因此應注意器件的保管，不要隨便拿取元件或打開包裝。二是引腳可焊性不好。IC存放時間長，引腳發黃，可焊性不好也會引起虛焊，生產中應檢查元器件的可焊性，特別注意比存放期不應過長(製造日期起一年內)，保管時應不受高溫、高濕，不隨便打開包裝袋。三是錫膏質量差，金屬含量低，可焊性差，通常用於QFP器件的焊接用錫膏，金屬含量應不低於90％。四是預熱溫度過高，易引起IC引腳氧化，使可焊性變差。五是模板窗口尺寸小，以致錫膏量不夠。通常在模板製造後，應仔細檢查模板窗口尺寸，不應太大也不應太小，並且注意與PCB焊盤尺寸相配套。 6.8片式元器件開裂 在SMC生產中，片式元件的開裂常見於多層片式電容器(MLCC)，其原因主要是效應力與機械應力所致。 (1)對於MLCC類電容來講，其結構上存在著很大的脆弱性，通常MLCC是由多層陶瓷電容疊加而成，強度低，極不耐受熱與機械力的沖擊。 (2)貼片過程中，貼片機z軸的吸放高度，特別是一些不具備z軸軟著陸功能的貼片機，吸放高度由片式元件的厚度而不是由壓力感測器來決定，故元件厚度的公差會造成開裂。 (3)PCB的曲翹應力，特別是焊接後，曲翹應力容易造成元件的開裂。 (4)一些拼板的PCB在分割時，會損壞元件。 預防辦法是：認真調節焊接工藝曲線，特別是預熱區溫度不能過低；貼片時應認真調節貼片機z軸的吸放高度；應注意拼板的刮刀形狀；PCB的曲翹度．特別是焊接後的曲翹度，應有針對性的校正，如是PCB板材質量問題，需另重點考慮。 6.9其他常見焊接缺陷 （1）差的潤濕性 差的潤濕性，表現在PCB焊盤吃錫不好或元件引腳吃錫不好。 產生的原因：元件引腳PCB焊盤已氧化/污染；過高的迴流焊溫度；錫膏的質量差。均會導致潤濕性差，嚴重時會出現虛焊。 （2）錫量很少 錫量很少，表現在焊點不飽滿，IC引腳根彎月面小。 產生原因：印刷模板窗口小；燈芯現象(溫度曲線差)；錫膏金屬含量低。這些均會導致錫量小，焊點強度不夠。 （3）引腳受損 引腳受損，表現在器件引腳共面性不好或彎曲，直接影響焊接質量。 產生原因：運輸／取放時碰壞。為此應小心地保管元器件，特別是FQFP。 （4）污染物覆蓋了焊盤 污染物覆蓋了焊盤，生產中時有發生。 產生原因：來自現場的紙片；來自卷帶的異物；人手觸摸PCB焊盤或元器件；字元圖位置不對。因而生產時應注意生產現場的清潔，工藝應規范。 （5）錫膏量不足 錫膏量不足，生產中經常發生的現象。 產生原因：第一塊PCB印刷/機器停止後的印刷；印刷工藝參數改變；鋼板窗口堵塞；錫膏品質變壞。上述原因之一，均會引起錫音量不足，應針對性解決問題。 （6）錫膏呈角狀 錫膏呈角狀，生產中經常發生，且不易發現、嚴重時會連焊。 產生原因：印刷機的抬網速度過快；模板孔壁不光滑，易使錫膏呈元寶狀。 7 總結 目前國內外已經對無鉛焊接技術進行了大量的研究，對提出的多種無鉛焊料包括Sn-Cu系列、Sn-Ag-Cu系列、Sn-Ag-Bi-Cu系列、Sn-Bi系列、Sn-Sb系列等都有較為深入的研究。國際工業研究會等電子行業協會對典型的合金材料例如Sn-Ag-Cu系列的幾種合金比例也有推薦的工藝參數；一些有實力的企業更是在此研究成果的基礎上進行反復試驗研究對工藝參數不斷優化，盡可能取得最大程度上的效益。本課題參照國內外文獻資料和有關期刊，選擇適當參數；並選定SMT相關網站中登出市場上符合工藝要求的迴流焊設備組成無鉛迴流焊的工藝過程。最後對焊接過程中可能出現的焊接缺陷作出理論分析，並提出相對的解決方案。 本課題是工藝的理論研究，由於設備欠缺、更因為本人SMT方面知識的淺薄不全面，出現謬誤在所難免。望各位批評指正，不勝感激。
❸ 無鉛焊錫的溫度多少
無鉛焊接裝配的基本工藝包括：a. 無鉛PCB製造工藝；b. 在焊錫膏中應用的96.5Sn/3.5Ag和95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu共晶和近似共晶合金系統；c. 用於波峰焊應用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系統；d. 用於手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系統。盡管這些都是可行工藝，但具體實施起來還存在幾個大問題，如原料成本仍然高於標准Sn/Pb工藝、對濕潤度的限制有所增加、要求在波峰焊工藝中保持惰性空氣狀態(要有足量氮氣)以及可能將迴流焊溫度升到極限溫度范圍(235～245℃之間)而提高了對各種元件的熱性要求等等。 就無鉛替代物而言，現在並沒有一套獲得普遍認可的規范，經過與該領域眾多專業人士的多次討論，我們得出下面一些技術和應用要求： 金屬價格 許多裝配廠商都要求無鉛合金的價格不能高於63Sn/37Pb，但不幸的是現有的所有無鉛替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上。在選擇無鉛焊條和焊錫絲時，金屬成本是其中最重要的因素；而在製作焊錫膏時，由於技術成本在總體製造成本中所佔比例相對較高，所以對金屬的價格還不那麼敏感。 熔點 大多數裝配廠家(不是所有)都要求固相溫度最小為150℃，以便滿足電子設備的工作溫度要求,最高液相溫度則視具體應用而定。 波峰焊用焊條：為了成功實施波峰焊，液相溫度應低於爐溫260℃。 手工/機器焊接用焊錫絲：液相溫度應低於烙鐵頭工作溫度345℃。 焊錫膏：液相溫度應低於迴流焊溫度250℃。對現有許多迴流焊爐而言，該溫度是實用溫度的極限值。許多工程師要求最高迴流焊溫度應低於225～230℃，然而現在沒有一種可行的方案來滿足這種要求。人們普遍認為合金迴流焊溫度越接近220℃效果越好，能避免出現較高迴流焊溫度是最理想不過的，因為這樣能使元件的受損程度降到最低，最大限度減小對特殊元件的要求，同時還能將電路板變色和發生翹曲的程度降到最低，並避免焊盤和導線過度氧化。 導電性好 這是電子連接的基本要求。 導熱性好 為了能散發熱能，合金必須具備快速傳熱能力。 較小固液共存溫度范圍 非共晶合金會在介於液相溫度和固相溫度之間的某一溫度范圍內凝固，大多數冶金專家建議將此溫度范圍控制在10℃以內，以便形成良好的焊點，減少缺陷。如果合金凝固溫度范圍較寬，則有可能會發生焊點開裂，使設備過早損壞。 低毒性 合金及其成分必須無毒，所以此項要求將鎘、鉈和汞排除在考慮范圍之外；有些人也要求不能採用有毒物質所提煉的副產品，因而又將鉍排除在外，因為鉍主要來源於鉛提煉的副產品。 具有良好的可焊性 在現有設備和免清洗型助焊劑條件下該合金應具備充分的潤濕度，能夠與常規免清洗焊劑一起使用。由於對波峰進行惰性處理的成本不太高，因此可以接受波峰焊加惰性環境的使用條件要求；但就SMT迴流焊而言，合金最好要具備在空氣下進行迴流焊的能力，因為對迴流焊爐進行惰性處理成本較高。 良好的物理特性(強度、拉伸度、疲勞度等) 合金必須能夠提供63Sn/37Pb所能達到的機械強度和可靠性，而且不會在通孔器件上出現突起的角焊縫(特別是對固液共存溫度范圍較大的合金)。 生產可重復性/熔點一致性 電子裝配工藝是一種大批量製造工藝，要求其重復性和一致性都保持較高的水平，如果某些合金的成分不能在大批量條件下重復製造，或者其熔點在批量生產時由於成分變化而發生較大變化，便不能給予考慮。3種以上成分構成的合金往往會發生分離或成分變化，使得熔點不能保持穩定，合金的復雜程度越高，其發生變化的可能性就越大。 焊點外觀 焊點的外觀應與錫/鉛焊料接近，雖然這並非技術性要求，但卻是接受和實施替代方案的實際需要。 供貨能力 當試圖為業界找出某種解決方案時，一定要考慮材料是否有充足的供貨能力。從技術的角度而言，銦是一種相當特別的材料，但是如果考慮全球范圍內銦的供貨能力，人們很快就會將它徹底排除在考慮范圍之外。 另外業界可能更青睞標准合金系統而不願選專用系統，標准合金的獲取渠道比較寬，這樣價格會比較有競爭性，而專用合金的供應渠道則可能受到限制，因此材料價格會大幅提高。 與鉛的兼容性 由於短期之內不會立刻全面轉型為無鉛系統，所以鉛可能仍會用在某些元件的端子或印刷電路板焊盤上。有些含鉛合金熔點非常低，會降低連接的強度，如某種鉍/錫/鉛合金的熔點只有96℃，使得焊接強度大為降低。 金屬及合金選擇 在各種候選無鉛合金中，錫(Sn)都被用作基底金屬，因為它成本很低，貨源充足，並具備理想的物理特性，如導電/導熱性和潤濕性，同時它也是63Sn/37Pb合金的基底金屬。通常與錫配合使用的其它金屬包括銀(Ag)、銦(In)、鋅(Zn)、銻(Sb)、銅(Cu)以及鉍(Bi)。 之所以選擇這些材料是因為它們與錫組成合金時一般會降低熔點，得到理想的機械、電氣和熱性能。表1列出了各種金屬的成本、密度、年生產能力和供貨方面的情況，另外在考察材料的供貨能力時，將用量因素加在一起作綜合考慮得出的結果會更加清晰，例如現在電子業界每年63Sn/37Pb的消耗量在4.5萬噸左右，其中北美地區用量約為1.6萬噸，此時只要北美有3%的裝配工廠採用含銦20%的錫/銦無鉛合金，其銦消耗量就將超過該金屬的全球生產能力。 近5年來業界推出了一系列合金成分建議，幷且對這些無鉛替代方案進行了評估。備選方案總數超過75個，但是主要方案則可以歸納為不到15個。面對所有候選合金，我們採用一些技術規范將選擇縮到一個較小的范圍內便於進行挑選。 銦 銦可能是降低錫合金熔點的最有效成分，同時它還具有非常良好的物理和潤濕性質，但是銦非常稀有，因此大規模應用太過昂貴。基於這些原因，含銦合金將被排除在進一步考慮范圍之外。雖然銦合金可能在某些特定場合是一個比較好的選擇，但就整個業界范圍而言則不太合適，另外差分掃描熱量測定也顯示77.2Sn/20In/2.8Ag合金的熔點很低，只有114℃，所以也不太適合某些應用。 鋅 鋅非常便宜，幾乎與鉛的價格相同，並且隨時可以得到，同時它在降低錫合金的熔點方面也具有非常高的效率。就鋅而言，其主要缺點在於它會與氧氣迅速發生反應，形成穩定的氧化物，在波峰焊過程中，這種反應的結果是產生大量錫渣，而更嚴重的是所形成的穩定氧化物將導致潤濕性變得非常差。也許通過惰性化或特種焊劑配方可以克服這些技術障礙，但現在人們要求在更大的工藝范圍內對含鋅方案進行論證，因此鋅合金在今後考慮過程中也會被排除在外。 鉍 鉍在降低錫合金固相溫度方面作用比較明顯，但對液相溫度卻沒有這樣的效果，因此可能會造成較大的固液共存溫度范圍，而凝固溫度范圍太大將導致焊腳提升。鉍具有非常好的潤濕性質和較好的物理性質，但鉍的主要問題是錫/鉍合金遇到鉛以後其形成的合金熔點會比較低，而在元件引腳或印刷電路板的焊盤上都會有鉛存在，錫/鉛/鉍的熔點只有96℃，很容易造成焊點斷裂。另外鉍的供貨能力可能會因鉛產量受到限制而下降，因為現在鉍主要還是從鉛的副產品中提煉出來，如果限制使用鉛，則鉍的產量將會大大減少。盡管我們也能通過直接開采獲取鉍，但這樣成本會比較高。基於這些原因，鉍合金也被排除在外。 四種和五種成分合金 由四種或五種金屬構成的合金為我們提供了一系列合金成分組合形式，各種可能性不勝枚舉。與雙金屬合金系統相比，大多數四或五金屬合金可以大幅降低固相溫度，但對降低液相溫度卻可能無所作為，因為大部分四或五金屬合金都不是共晶材料，這意味著在不同的溫度下會形成不同的金相形式，其結果就是迴流焊溫度不可能比簡單雙金屬系統所需的低。 另外一個問題是合金成分時常會發生變動，因此熔點也會變，這在四或五金屬合金中會經常遇到。由三種金屬組成的合金很難在焊錫膏內的錫粉中實現「同批」和「逐批」一致，在四種和五種金屬組成的合金中實現同樣的一致性其復雜和困難程度更大。 所以多元合金將被排除在進一步考慮范圍之外，除非某種多元合金成分具有比二元系統更好的特性。但就目前來看，業界還沒有找到哪種四或五金屬合金比二元或三元替代方案更好(無論在成本上還是性能上)。 表2列出一些主要無鉛替代方案，以及最終選用或不選用的原因，表中包括了單位重量價格、單位體積價格(對焊錫膏而言單位體積價格更具成本意義)以及熔點等信息，這些合金按照其液相溫度遞增順序排列。現根據每種焊接應用的特殊要求分別選出合適的合金。 先考慮焊條(波峰焊)和焊線(手工和機器焊接)。 對波峰焊用焊條的要求包括：a. 能在最高260℃錫爐溫度下進行連續焊接；b. 焊接缺陷(漏焊、橋接等)少；c. 成本盡可能低；d. 不會產生過多焊渣。 結果所有選中的合金都符合波峰焊要求，但99.3Sn/0.7Cu和95Sn/5Sb合金與其它替代方案相比能夠節省更多成本。比較而言，99.3Sn/0.7Cu的液相溫度比Sn/Sb合金低13℃，因此99.3Sn/0.7Cu成為波峰焊最佳候選方案。 手工焊用錫線的要求與上面焊條應用非常相似，成本考慮仍然居於優先地位，同時也要求能夠提供較好的潤濕和焊接能力。焊線用合金必須能夠很容易地拉成絲線，而且能用345～370℃的烙鐵頭進行焊接，99.3Sn/0.7Cu合金可以滿足這些要求。 與焊條和焊線相比，焊錫膏較少考慮合金成本，因為金屬成本在使用焊錫膏的製造流程總成本中所佔比重較少，選擇焊錫膏合金的主要要求是盡量降低迴流焊溫度。考察表中所列合金，可以發現液相溫度最低的是95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu(熔點217～218℃)和96.5Sn/3.5Ag(熔點221℃)。 這兩種合金都是較為合適的選擇並各具特點，相比之下Sn/Ag/Cu合金的液相溫度更低(雖然只有4℃)，而Sn/Ag合金則表現出更強的一致性和可重復製造性，並已在電子業界應用多年，一直保持很好的可靠性。有些主要跨國公司已經選擇共晶Sn/Ag合金進行評估作為無鉛替代方案，大多數大型跨國公司也開始對Sn/Ag/Cu合金作初步高級測試。 實測評估結果 波峰焊評測 將99.3Sn/0.7Cu合金裝入標准Electrovert Econopak Plus波峰焊機進行測試，這種波峰焊機配備有USI超聲波助焊劑噴塗系統、Vectaheat對流式預熱和「A」波CoN2tour惰性系統。測試在兩種無鉛印刷電路板上進行：帶OSP塗層的裸銅板和採用浸銀拋光的裸銅板(Alpha標准)，兩種電路板都採用固態含量2%且不含VOC的免清洗助焊劑(NR300A2)。另外作為對照，將同樣的電路板在相同設備上採用相同條件進行焊接，只是焊料用傳統63Sn/37Pb合金。 通過實驗可得出以下結論： 如果採用99.3Sn/0.7Cu合金，則有必要對波峰焊機進行惰性處理以確保得到適當的潤濕度，但不需要對波峰焊機或風道進行完全惰性處理，用CoN2tour公司的邊界惰性焊接系統即已足夠。 使用99.3Sn/0.7Cu焊接的電路板外觀與用63Sn/37Pb合金焊接的電路板沒有區別，焊點的光亮程度、焊點成型、焊盤潤濕和通孔上端上錫情況也基本一樣。 與Sn/Pb合金相比，Sn/Cu合金的橋接現象較少，但由於測試的條件有限，因此對這一點還需要作更進一步的研究。 99.3Sn/0.7Cu合金在260℃溫度條件下焊接非常成功，在245℃條件下也沒有問題。 採用Sn/Cu合金的幾個星期內銅的含量沒有發生變化，之所以關注這一問題，是因為銅在錫中的溶解度很低，而且與溫度有很大關系。在大批量生產中，電路板的銅吸收情況與用Sn/Pb合金時相同。 印製和迴流焊評測 針對Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金開發了一種新的助焊劑，以便在更高迴流焊溫度下得到較好的潤濕效果，因為迴流焊溫度較高時(比常規迴流焊溫度高20℃)要求助焊劑中的活性劑應具備更高的熱穩定性。另外如果在空氣中工作，迴流焊溫度較高還可能使普通免清洗助焊劑變色，所以這種助焊劑對高溫要有很強的承受能力。在95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金中使用UP系列焊錫膏時，即使空氣溫度達到240℃，它也不會變為棕色或琥珀色。 UP系列焊錫膏在印刷測試中表現非常好，測試時採用的是MPM UP2000印刷機，印刷條件包括6mil厚激光切割網板、印刷速度25mm/秒、網板開口間距16～50mil以及接觸式印刷，焊膏印出的輪廓非常清晰且表現出良好的脫模性能。另外這種焊錫膏在中止印刷後(停放超過一小時)再開始使用時無需進行攪拌，其網板使用壽命在8小時以上，粘性也可保持8小時。 迴流焊採用Electrovert Omniflo七溫區回焊爐，在空氣環境下進行焊接。回焊曲線如圖1，從圖中可看出溫度在200秒時間里以近似線性的速率上升到240℃，溫度高於熔點(221℃)的時間為45秒。 得出結論如下： UP系列焊錫膏95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 88-3-M13表現出良好的印刷性。 無鉛焊錫膏能提供良好的粘力且能保持足夠的時間。 對測試板而言，95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金所需的240℃最高溫度是可以接受的。 迴流焊無需氮氣也能取得很好效果。 焊點光亮度好，與標准Sn/Pb合金相同。 助焊劑殘留物外觀(顏色及透明度)比採用Sn/Pb合金及普通助焊劑在標准熱風迴流焊(峰值溫度220℃，高於183℃的時間為45秒)後的情形好得多。 潤濕和擴散特性與Sn/Pb標准合金相同。 當使用沒有阻焊膜的裸FR-4板子時，過高的迴流焊溫度會使線路板出現嚴重變色(變深)，淺綠色阻焊膜會使變色看起來較輕，中/深綠色阻焊膜則使變色基本上看不出來。 有些元件經高溫迴流焊後會出現變色和氧化跡象，將這種無鉛焊料用於兩面都有表面安裝器件的電路板上時，建議在迴流焊後再安裝需作波峰焊接的底面SMD器件，以免過度受熱影響可焊性。 用UP系列96.5Sn/3.5Ag合金進行的測試所獲結果相似，只是迴流溫度提高了3～5℃。 其它特性 選擇一種簡單普通二元合金的最大好處在於它已經完成了大量測試且已被廣泛接受，如96.5Sn/3.5Ag合金已在某些電子領域應用了很長的時間。95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu現正接受同樣嚴格的測試，並在一些地方顯示出非常相似的性能和優點。 福特汽車公司對使用Sn/Ag合金的測試板和實際電子組件進行了熱循環試驗(-40℃～140℃)，已完成全面熱疲勞測試研究，另外他們還將無鉛組件用於整車中，測試結果顯示Sn/Ag合金的可靠性與Sn/Pb合金相差無幾甚至更好。摩托羅拉公司也已經完成了Sn/Ag和Sn/Pb合金的熱循環和振動研究，測試表明Sn/Ag合金完全合格，其它OEM廠商在各自的Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金研究中也得到了類似的結論。 根據研究結果，Sn/Ag和Sn/Pb在導電性、表面張力、導熱性和熱膨脹系數等各方面所取得結果大致相當(見表3)。 本文結論 通過上述討論，我們可以得到一個實際可行的標准無鉛焊接工藝，其基本內容包括： 對焊錫膏應用而言，可將95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu或96.5Sn/3.5Ag合金與UP系列助焊劑配合使用。 對波峰焊應用而言，焊錫條可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 對手工/機器焊接而言，焊錫線可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 雖然上述方案還未能達到研究無鉛替代方案工程師們所確定的每項目標，但基本上能令人滿意，該方案最大限制在於96.5Sn/3.5Ag合金所要求的迴流焊溫度比Sn/Pb合金的要高20～30℃，因此迴流焊對元件的要求也有所提高。元器件供應商應與電子裝配廠密切合作以解決高溫迴流焊帶來的種種問題。 隨著新技術的發展，將來還會有更多更好的替代方案推出，這里討論的系統最大價值在於其它復雜系統可以根據它提供的標准進行參照比較。在考察更加復雜的系統之前，應多問下面一些可以定量回答的問題： 焊錫膏 1. 新的合金系統是否能將迴流焊溫度降至與Sn/Ag合金差不多的程度(Sn/Ag合金最低迴流焊溫度為240℃，而95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金的最低迴流焊溫度則為235℃)？ 2. 與Sn/Ag或Sn/Ag/Cu合金相比，金屬和焊錫膏的成本如何？ 3. 合金中各材料有沒有技術參數限制？各材料在技術參數范圍內變化時其固相和液相溫度的變化情況如何？ 焊條 1. 合金的成本如何？與Sn/Cu合金比較哪一個更貴？ 2. 合金是否具有Sn/Cu合金所沒有的優點？
❹ smt迴流焊爐作用
迴流焊爐的主要作用是融錫的過程
勤思科技的台式迴流焊爐的主要工作流程如下，可以看一下哦，希望能對你有多幫助：
在箱式的回焊爐中通常設置五個溫度段來模擬鏈條輸送式迴流焊回焊爐的五個溫區。為了保證SMT的PCB板不同要求，來設計的各個溫度段的溫度點和相應的時間。為了更好地說明各個溫度段的要求和作用，現分開各溫度段來描述。
1：預熱段的目的和作用
目的是把貼好元件PCB板加熱到120-150℃左右，在這個溫度下PCB板的水分可以得到充分蒸發，並同時可以消除PCB板內部的應力和部分殘留氣體，為加熱段做提前加熱。預熱段的時間一般控制在1-5分鍾。具體的情況看板的大小和元器件的多少而定。
2：加熱段的目的和作用
通過預熱段處理後的PCB板，要在加熱段的過程中激活錫漿中的助焊劑，並在助焊劑的作用下去除錫漿裡面和元器件表面的氧化物。為焊接過程做好准備。在這一階段中Sn63%-Pb37%錫-鉛配方有鉛中溫合金釺料和Sn95%-Ag3%-Cu2%錫-銀-銅配方貴金屬無鉛合金釺料的溫度通常設置在180-230℃之間。時間控制在1-3分鍾。目的是助焊劑能夠充分激活，並能很好地去除焊盤和釺料氧化物。
在以下的溶點溫度低於160℃以下的低溫釺料配方中Sn42%-Bi58%錫-鉍配方的低溫無鉛釺料，Sn43%-Pb43%-Bi14%錫-鉛-鉍配方有鉛低溫釺料。Sn48%-In52%錫-銦配方無鉛低溫釺料，可以把加熱段的溫度設置在120-180左右。時間控制在1-3分鍾。
中溫的有鉛合金釺料一般設置在180-220℃。高溫的無鉛合金釺料一般設置在220-250℃之間。如果你手頭上有所用釺料和錫漿資料的話，加熱段的溫度可以設置在低於錫漿的溶化溫度點的10℃左右為最佳。
3：焊接段的目的和作用
焊接段的主要目的是完成SMT的焊接過程，由於此階段是在整個回焊過程中的最高溫段，極容易損傷達不到溫度要求的元器件。此過程也是一個回焊的完善過程，焊錫的物理和化學的變化量最大，溶化的焊錫極容易在高溫的空氣中氧化。此階段一般是根據錫漿資料提供的溶化溫度高30-50℃左右。不管有鉛或無鉛的釺料，我們一般把它分為低溫釺料（150-180℃）、中溫釺料（190-220℃）、高溫釺料（230-260℃）。現在普遍使用的無鉛釺料為高溫釺料，低溫釺料一般為貴金屬的無鉛釺料和特殊要求的低溫有鉛焊料，在通用的電子產品中比較少見，多用於特殊要求的電子設備上。而有鉛的中溫釺料有優異的電氣性能、物理機械性能、耐冷熱沖擊性能、抗氧化性能。這些性能目前的各種無鉛釺料還無法替代，所以在通用的電子產品中還大量使用。
此階段的時間一般是根據下面的幾個要求進行設定。焊錫在高溫熔化後顯示為液態，所有的SMT元件會浮在液態焊錫的表面，在助焊劑和液態表面張力的作用下，浮動的元器件會移到焊盤的中心，會有自動歸正的作用。另外在助焊劑的濕潤下焊錫會和預案件的表面金屬形成合金層。滲透到元件結構組織裡面，形成理想的釺焊結構，時間一般設在10-30s左右，大面積和有較大元件遮陰面的PCB板應設置較長的時間；小面積的少零件的PCB板一般設置時間較短就可以了。為了保證回焊質量盡可能地縮短這個階段的時間，這樣有利於保護元器件。
4：保溫段的目的和作用
保溫段的作用是讓高溫液態焊錫凝固成固態的焊接點，凝固質量的好壞直接影響到焊錫的晶體結構和機械性能，太快的凝固時間會使焊錫形成結晶粗糙，焊點不光潔，機械物理性能下降。在高溫和機械的沖擊下焊接點容易開裂失去機械連接和電氣連接作用，產品的耐久性降低。我們採用的是停止加熱，用余溫保溫一短時間。讓焊錫在溫度緩慢下降過程中凝固並結晶良好，這個溫度點一般設置在比焊錫溶點低10-20℃左右，利用自然降溫時間的設置，下降到這個溫度點後就可以進入冷卻段。
5：冷卻段的目的和作用
冷卻段的作用比較簡單，通常是冷卻到不會燙人的溫度就可以了。但為了加快操作流程，也可以下降到150℃以下時結束該過程。但取出焊好的PCB板時，要用工具或用手帶、耐溫手套取出以防燙傷。
❺ SMT的含義
SMT 什麼是SMT
SMT就是表面組裝技術（表面貼裝技術）（Surface Mounted Technology的縮寫），是目前電子組裝行業里最流行的一種技術和工藝。
SMT有何特點
組裝密度高、電子產品體積小、重量輕，貼片元件的體積和重量只有傳統插裝元件的1/10左右，一般採用SMT之後，電子產品體積縮小40%~60%，重量減輕60%~80%。
可靠性高、抗振能力強。焊點缺陷率低。
高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。
易於實現自動化，提高生產效率。降低成本達30%~50%。 節省材料、能源、設備、人力、時間等。
[編輯本段]為什麼要用SMT
電子產品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已無法縮小
電子產品功能更完整，所採用的集成電路(IC)已無穿孔元件，特別是大規模、高集成IC，不得不採用表面貼片元件
產品批量化，生產自動化，廠方要以低成本高產量，出產優質產品以迎合顧客需求及加強市場競爭力
電子元件的發展，集成電路(IC)的開發，半導體材料的多元應用
電子科技革命勢在必行，追逐國際潮流
[編輯本段]SMT 基本工藝構成要素
印刷（或點膠）--> 貼裝 --> （固化） --> 迴流焊接 --> 清洗 --> 檢測 --> 返修
印刷：其作用是將焊膏或貼片膠漏印到PCB的焊盤上，為元器件的焊接做准備。所用設備為印刷機（錫膏印刷機），位於SMT生產線的最前端。
點膠：因現在所用的電路板大多是雙面貼片，為防止二次回爐時投入面的元件因錫膏再次熔化而脫落，故在投入面加裝點膠機，它是將膠水滴到PCB的固定位置上，其主要作用是將元器件固定到PCB板上。所用設備為點膠機，位於SMT生產線的最前端或檢測設備的後面。有時由於客戶要求產出面也需要點膠， 而現在很多小工廠都不用點膠機，若投入面元件較大時用人工點膠。
貼裝：其作用是將表面組裝元器件准確安裝到PCB的固定位置上。所用設備為貼片機，位於SMT生產線中印刷機的後面。
固化：其作用是將貼片膠融化，從而使表面組裝元器件與PCB板牢固粘接在一起。所用設備為固化爐，位於SMT生產線中貼片機的後面。
迴流焊接：其作用是將焊膏融化，使表面組裝元器件與PCB板牢固粘接在一起。所用設備為迴流焊爐，位於SMT生產線中貼片機的後面。
清洗：其作用是將組裝好的PCB板上面的對人體有害的焊接殘留物如助焊劑等除去。所用設備為清洗機，位置可以不固定，可以在線，也可不在線。
檢測：其作用是對組裝好的PCB板進行焊接質量和裝配質量的檢測。所用設備有放大鏡、顯微鏡、在線測試儀（ICT）、飛針測試儀、自動光學檢測（AOI）、X-RAY檢測系統、功能測試儀等。位置根據檢測的需要，可以配置在生產線合適的地方。
返修：其作用是對檢測出現故障的PCB板進行返工。所用工具為烙鐵、返修工作站等。配置在生產線中任意位置。
SMT 之 IMC
IMC系Intermetallic compound 之縮寫，筆者將之譯為」介面合金共化物」。廣義上說是指某些金屬相互緊密接觸之介面間，會產生一種原子遷移互動的行為，組成一層類似合金的」化合物」，並可寫出分子式。在焊接領域的狹義上是指銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物。其中尤以銅錫間之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及惡性Cu3Sn(Epsilon Phase)最為常見，對焊錫性及焊點可靠度(即焊點強度)兩者影響最大，特整理多篇論文之精華以詮釋之
一、定義
能夠被錫鉛合金焊料(或稱焊錫Solder)所焊接的金屬，如銅、鎳、金、銀等，其焊錫與被焊底金屬之間，在高溫中會快速形成一薄層類似」錫合金」的化合物。此物起源於錫原子及被焊金屬原子之相互結合、滲入、遷移、及擴散等動作，而在冷卻固化之後立即出現一層薄薄的」共化物」，且事後還會逐漸成長增厚。此類物質其老化程度受到錫原子與底金屬原子互相滲入的多少，而又可分出好幾道層次來。這種由焊錫與其被焊金屬介面之間所形成的各種共合物，統稱Intermetallic Compound 簡稱IMC，本文中僅討論含錫的IMC，將不深入涉及其他的IMC。
二、一般性質
由於IMC曾是一種可以寫出分子式的」准化合物」，故其性質與原來的金屬已大不相同，對整體焊點強度也有不同程度的影響，首先將其特性簡述於下：
◎ IMC在PCB高溫焊接或錫鉛重熔(即熔錫板或噴錫)時才會發生，有一定的組成及晶體結構，且其生長速度與溫度成正比，常溫中較慢。一直到出現全鉛的阻絕層(Barrier)才會停止(見圖六)。
◎ IMC本身具有不良的脆性，將會損及焊點之機械強度及壽命，其中尤其對抗勞強度(Fatigue Strength)危害最烈，且其熔點也較金屬要高。
◎ 由於焊錫在介面附近得錫原子會逐漸移走，而與被焊金屬組成IMC，使得該處的錫量減少，相對的使得鉛量之比例增加，以致使焊點展性增大(Ductillity)及固著強度降低，久之甚至帶來整個焊錫體的鬆弛。
◎ 一旦焊墊商原有的熔錫層或噴錫層，其與底銅之間已出現」較厚」間距過小的IMC後，對該焊墊以後再續作焊接時會有很大的妨礙；也就是在焊錫性(Solderability)或沾錫性(Wettability)上都將會出現劣化的情形。
◎ 焊點中由於錫銅結晶或錫銀結晶的滲入，使得該焊錫本身的硬度也隨之增加，久之會有脆化的麻煩。
◎ IMC會隨時老化而逐漸增厚，通常其已長成的厚度，與時間大約形成拋物線的關系，即：
δ＝k √t，
k＝k exp(－Q/RT)
δ表示t時間後IMC已成長的厚度。
K表示在某一溫度下IMC
的生長常數。
T表示絕對溫度。
R表示氣體常數，
即8.32 J/mole。
Q表示IMC生長的活化能。
K＝IMC對時間的生長常數，
以nm / √秒或μm / √日(
1μm / √日＝3.4nm / √秒。
現將四種常見含錫的IMC在不同溫度下，其生長速度比較在下表的數字中：
表1 各種IMC在不同溫度中之生長速度(nm / √s)
金屬介面 20℃ 100℃ 135℃ 150℃ 170℃
1. 錫 / 金 40
2. 錫 / 銀 0.08 17-35
3. 錫 / 鎳 0.08 1 5
4. 錫 / 銅 0.26 1.4 3.8 10
[注] 在170℃高溫中銅面上，各種含錫合金IMC層的生長速率，也有所不同；如熱浸錫鉛為
5nm/s，霧狀純錫鍍層為7.7(以下單位相同)，錫鉛比30/70的皮膜為11.2，錫鉛比70/30的皮膜為12.0，光澤鍍純錫為3.7，其中以最後之光澤鍍錫情況較好。
三、焊錫性與表面能
若純就可被焊接之底金屬而言，影響其焊錫性(Solderability)好壞的機理作用甚多，其中要點之一就是」表面自由能」(Surface Free Energy，簡稱時可省掉Free)的大小。也就是說可焊與否將取決於：
(1) 被焊底金屬表面之表面能(Surface Energy)，
(2) 焊錫焊料本身的」表面能」等二者而定。
凡底金屬之表面能大於焊錫本身之表面能時，則其沾錫性會非常好，反之則沾錫性會變差。也就是說當底金屬之表面能減掉焊錫表面能而得到負值時，將出現縮錫(Dewetting)，負值愈大則焊錫愈差，甚至造成不沾錫(Non-Wetting)的惡劣地步。
新鮮的銅面在真空中測到的」表面能」約為1265達因/公分，63/37的焊錫加熱到共熔點(Eutectic Point 183℃)並在助焊劑的協助下，其表面能只得380達因/公分，若將二者焊一起時，其沾錫性將非常良好。然而若將上述新鮮潔凈的銅面刻意放在空氣中經歷2小時後，其表面能將會遽降到25達因/公分，與380相減不但是負值(-355)，而且相去甚遠，焊錫自然不會好。因此必須要靠強力的助焊劑除去銅面的氧化物，使之再活化及表面能之再次提高，並超過焊錫本身的表面能時，焊錫性才會有良好的成績。
四、錫銅介面合金共化物的生成與老化
當熔融態的焊錫落在潔銅面的瞬間，將會立即發生沾錫(Wetting俗稱吃錫)的焊接動作。此時也立即會有錫原子擴散(Diffuse)到銅層中去，而銅原子也同時會擴散進入焊錫中，二者在交介面上形成良性且必須者Cu6Sn5的IMC，稱為η-phase(讀做Eta相)，此種新生」准化合物」中含錫之重量比約佔60%。若以少量的銅面與多量焊錫遭遇時，只需3-5秒鍾其IMC即可成長到平衡狀態的原度，如240℃的0.5μm到340℃的0.9μm。然而在此交會互熔的同時，底銅也會有一部份熔進液錫的主體錫池中，形成負面的污染。
(a) 最初狀態：當焊錫著落在清潔的銅面上將立即有η-phase Cu6Sn5生成，即圖中之(2)部分。
(b) 錫份滲耗期：焊錫層中的錫份會不斷的流失而滲向IMC去組新的Cu6Sn5，而同時銅份也會逐漸滲向原有的η-phase層次中而去組成新的Cu3Sn，即圖中之(5)。此時焊錫中之錫量將減少，使得鉛量在比例上有所增加，若於其外表欲再行焊接時將會發生縮錫。
(c) 多鉛之阻絕層：當焊錫層中的錫份不斷滲走再去組成更厚的IMC時，逐漸使得本身的含鉛比例增加，最後終於在全鉛層的擋路下阻絕了錫份的滲移。
(d) IMC的曝露：由於錫份的流失，造成焊錫層的鬆散不堪而露出IMC底層，而終致到達不沾錫的下場(Non-wetting)。
高溫作業後經長時老化的過程中，在Eta-phase良性IMC與銅底材之間，又會因銅量的不斷滲入Cu6Sn5中，而逐漸使其局部組成改變為Cu3Sn的惡性ε-phase(又讀做Epsilon相)。其中銅量將由早先η-phase的40%增加到ε-phase的66%。此種老化劣化之現象，隨著時間之延長及溫度之上升而加劇，且溫度的影響尤其強烈。由前述」表面能」的觀點可看出，這種含銅量甚高的惡性ε-phase，其表面能的數字極低，只有良性η-phase的一半。因而Cu3Sn是一種對焊錫性頗有妨礙的IMC。
然而早先出現的良性η-phase Cu6Sn5， 卻是良好焊錫性必須的條件。沒有這種良性Eta相的存在，就根本不可能完成良好的沾錫，也無法正確的焊牢。換言之，必需要在銅面上首先生成Eta-phase的IMC，其焊點才有強度。否則焊錫只是在附著的狀態下暫時冷卻固化在銅面上而已，這種焊點就如同大樹沒有根一樣，毫無強度可言。錫銅合金的兩種IMC在物理結構上也不相同。其中惡性的ε-phase(Cu3Sn)常呈現柱狀結晶(Columnar Structure)，而良性的η-phase(Cu6Sn5)卻是一種球狀組織(Globular)。下圖8此為一銅箔上的焊錫經長時間老化後，再將其彎折磨平拋光以及微蝕後，這在SEM2500倍下所攝得的微切片實像，兩IMC的組織皆清晰可見，二者之硬度皆在500微硬度單位左右。
在IMC的增厚過程中，其結晶粒子(Grains)也會隨時在變化。由於粒度的變化變形，使得在切片畫面中量測厚度也變得比較困難。一般切片到達最後拋光完成後，可使用專門的微蝕液(NaOH
50/gl，加1，2-Nitrphenol 35ml/l，70℃下操作)，並在超聲波協助下，使其能咬出清晰的IMC層次，而看到各層結晶解裡面的多種情況。現將錫銅合金的兩種IMC性質比較如下：
兩種錫銅合金IMC的比較
命名 分子式 含錫量W% 出現經過 位置所在 顏色 結晶 性能 表面能η-phase(Eta) Cu6Sn5 60% 高溫融錫沾焊到清潔銅面時立即生成 介於焊錫或純錫與銅之間的介面
白色 球狀
組織
良性IMC
微焊接強度之必須甚高
ε-phase(Epsilon) Cu3Sn 30% 焊後經高溫或長期老化而逐漸發生
介於Cu6Sn5與銅面之間
灰色 柱狀
結晶
惡性IMC
將造成縮錫或不沾錫 較低只有Eta的一半,非常有趣的是，單純Cu6Sn5的良性IMC，雖然分子是完全相同，但當生長環境不同時外觀卻極大的差異。如將清潔銅面熱浸於熔融態的純錫中，此種錫量與熱量均極度充足下，所生成的Eta良性IMC之表面呈鵝卵石狀。但若改成錫鉛合金(63/37)之錫膏與熱風再銅面上熔焊時，亦即錫量與熱量不太充足之環境，居然長出另一種一短棒狀的IMC外表(注意銅與鉛是不會產生IMC的，且兩者之對沾錫(wetting)與散錫(Spreading)的表現也截然不同。再者銅錫之IMC層一旦遭到氧化時，就會變成一種非常頑強的皮膜，即使薄到5層原子厚度的1.5nm，再猛的助焊劑也都奈何不了它。這就是為什麼PTH孔口錫薄處不易吃錫的原因(C.Lea的名著A scientific Guide to SMT之P.337有極清楚的說明)，故知焊點之主體焊錫層必須稍厚時，才能盡量保證焊錫性於不墜。事實上當」沾錫」(Wetting)之初，液錫以很小的接觸角(Contact Angle)高溫中迅速向外擴張(Spreading)地盤的同時，也另在地盤內的液錫和固銅之間產生交流，而向下紮根生成IMC，熱力學方式之步驟，即在說明其假想動作的細節。
五、錫銅IMC的老化
由上述可知錫銅之間最先所形成的良性η-phase(Cu6Sn5)，已成為良好焊接的必要條件。唯有這IMC的存在才會出現強度好的焊點。並且也清楚了解這種良好的IMC還會因銅的不斷侵入而逐漸劣化，逐漸變為不良的ε-phase(Cu3Sn)。此兩種IMC所構成的總厚度將因溫度上升而加速長厚，且與時俱增。下表3.即為各種狀況下所測得的IMC總厚度。凡其總IMC厚度愈厚者，對以後再進行焊接時之焊錫性也愈差。
表3. 不銅溫度中錫銅IMC之不同厚度
所處狀況 IMC厚度(mils)
熔錫板(指炸油或IR) 0.03~0.04
噴錫板 0.02~0.037
170℃中烤24小時 0.22以上
125℃中烤24小時 0.046
70℃中烤24小時 0.017
70℃中存貯40天 0.05
30℃中存貯2年 0.05
20℃中存貯5年 0.05
組裝之單次焊接後 0.01~0.02
圖12. 錫銅IMC的老化增厚，除與時間的平方根成比例關系外，並受到環境溫度的強烈影響，在斜率上有很大的改變。
在IMC老化過程中，原來錫鉛層中的錫份不斷的輸出，用與底材銅共組成合金共化物，因而使得原來鍍錫鉛或噴錫鉛層中的錫份逐漸減少，進而造成鉛份在比例上的不斷增加。一旦當IMC的總厚度成長到達整個錫鉛層的一半時，其含錫量也將由原來的60%而降到40%，此時其沾錫性的惡化當然就不言而喻。並由底材銅份的無限量供應，但表層皮膜中的錫量卻愈來愈少，因而愈往後來所形成的IMC，將愈趨向惡性的Cu3Sn。
且請務必注意，一旦環境超過60℃時，即使新生成的Cu6Sn5也開始轉變長出Cu3Sn來。 一旦這種不良的ε-phase成了氣候，則焊點主體中之錫不斷往介面溜走，致使整個主體皮膜中的鉛量比例增加，後續的焊接將會呈現縮錫(Dewetting)的場面。這種不歸路的惡化情形，又將隨著原始錫鉛皮膜層的厚薄而有所不同，越薄者還會受到空氣中氧氣的助虐，使得劣化情形越快。故為了免遭此一額外的苦難，一般規范都要求錫鉛皮膜層至少都要在0.3mil以上。
老化後的錫鉛皮膜，除了不良的IMC及表面能太低，而導致縮錫的效應外，鍍銅層中的雜質如氧化物、有機光澤劑等共鍍物，以及錫鉛鍍層中有機物或其它雜質等，也都會朝向IMC處移動集中，而使得縮錫現象雪上加霜更形惡化。
從許多種前人的試驗及報告文獻中，可知有三種加速老化的模式，可以類比出上述兩種焊錫性劣化及縮錫現象的試驗如下∶
◎ 在高溫飽和水蒸氣中曝置1~24小時。
◎ 在125~150℃的乾烤箱中放置4~16小時。
◎ 在高溫水蒸氣加氧氣的環境中放置1小時；之後僅在水蒸氣中放置24小時；再另於155℃的乾烤箱中放置4小時；及在40℃，90~95%RH環境中放置10天。如此之連續折騰
約等於1年時間的自然老化。 在經此等高溫高濕的老化條件下，錫鉛皮膜表面及與銅之介面上會出現氧化、腐蝕，及錫原子耗失(Depletion)等，皆將造成焊錫性的劣化。
六、錫金IMC
焊錫與金層之間的IMC生長比銅錫合金快了很多，由先後出現的順序所得的分子式有AuSn
，AuSn2，AuSn4等。在150℃中老化300小時後，其IMC居然可增長到50μm(或2mil)之厚。因而鍍金零件腳經過焊錫之後，其焊點將因IMC的生成太快，而變的強度減弱脆性增大。幸好仍被大量柔軟的焊錫所包圍，故內中缺點尚不曝露出來。又若當金層很薄時，例如是把薄金層鍍在銅面上再去焊錫，則其焊點強度也很快就會變差，其劣化程度可由耐疲勞強度試驗周期數之減少而清楚得知。
曾有人故意以熱壓打線法(Thermo-Compression，注意所用溫度需低於錫鉛之熔點)將金線壓入焊錫中，於是黃金就開始向四周的焊錫中擴散，逐漸形成如圖中白色散開的IMC。該金線原來的直徑為45μm，經155℃中老化460小時後，竟然完全消耗殆盡，其效應實在相當驚人。但若將金層鍍在鎳面上，或在焊錫中故意加入少許的銦，即可大大減緩這種黃金擴散速度達5倍之多。
七、錫銀IMC
錫與銀也會迅速的形成介面合金共化物Ag3Sn，使得許多鍍銀的零件腳在焊錫之後，很快就會發生
銀份流失而進入焊錫之中，使得銀腳焊點的結構強度迅速惡化，特稱為」滲銀Silver leaching」。此種焊後可靠性的問題，曾在許多以鈀層及銀層為導體的「厚膜技術」(Thick Film Technology)中發生過，SMT中也不乏前例。若另將錫鉛共融合金比例63/37的焊錫成分，予以小幅的改變而加入2%的銀，使成為62/36/2的比例時，即可減輕或避免發生此一」滲銀」現象，其焊點不牢的煩惱也可為之舒緩。最近興起的銅墊浸銀處理(Immersion Silver)，其有機銀層極薄僅4-6μm而已，故在焊接的瞬間，銀很快就熔入焊錫主體中，最後焊點構成之IMC層仍為銅錫的Cu6Sn5，故知銀層的功用只是在保護銅面而不被氧化而已，與有機護銅劑(OSP)之Enetk極為類似，實際上銀本身並未參加焊接。
八、錫鎳IMC
電子零件之接腳為了機械強度起見，常用黃銅代替純銅當成底材。但因黃銅中含有多量的鋅，對於焊錫性會有很大的妨礙，故必須先行鍍鎳當成屏障(Barrier)層，才能完成焊接的任務。事實上這只是在焊接的瞬間，先暫時達到消災避禍的目的而已。因不久後鎳與錫之間仍也會出現IMC，對焊點強度還是有不良的影響。
表4. 各種IMC在擴散系數與活化能方面的比較
System Intermetallic Compounds Diffusion Coefficient(m2/s) Activation Energy(J/mol)
Cu-Sn Cu6Sn5，Cu3Sn 1×106 80,000
Ni-Sn Ni3Sn2，Ni3Sn4，Ni3Sn7 2×107 68,000
Au-Sn AuSn，AuSn2 AuSn 3×104 73,000
Fe-Sn FeSnFeSn2 2×109 62,000
Ag-Sn Ag3Sn 8×109 64,000
在一般常溫下錫與鎳所生成的IMC，其生長速度與錫銅IMC相差很有限。但在高溫下卻比錫銅合金要慢了很多，故可當成銅與錫或金之間的阻隔層(Barrier Layer)。而且當環境溫度不同時，其IMC的外觀及組成也各不相同。此種具脆性的IMC接近鎳面者之分子視為Ni3Sn4，接近錫面者則甚為分歧難以找出通式，一般以NiSn3為代表。根據一些實驗數據，後者生長的速度約為前者的三倍。又因鎳在空氣非常容易鈍化(Passivation)，對焊錫性也會出現極其不利的影響，故一般在鎳外表還要鍍一層純錫，以提高焊錫性。若做為接觸(Contact)導電用途時，則也可鍍金或銀。
九、結論
各種待焊表面其焊錫性的劣化，以及焊點強度的減弱，都是一種自然現象。正如同有情世界的生老病死及無情世界的頹蝕風化一樣均遲早發生，無法避免。了解發生的原因與過程之後，若可找出改善之道以延長其使用年限，即為上上之策矣。
❻ 誰知道無鉛焊錫的操作方法及使用溫度
台錫無鉛焊接裝配的基本工藝包括：
無鉛PCB製造工藝；b. 在焊錫膏中應用的96.5Sn/3.5Ag和95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu共晶和近似共晶合金系統；c. 用於波峰焊應用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系統；d. 用於手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系統。
盡管這些都是可行工藝，但具體實施起來還存在幾個大問題，如原料成本仍然高於標准Sn/Pb工藝、對濕潤度的限制有所增加、要求在波峰焊工藝中保持惰性空氣狀態(要有足量氮氣)以及可能將迴流焊溫度升到極限溫度范圍(235～245℃之間)而提高了對各種元件的熱性要求等等。 就無鉛替代物而言，現在並沒有一套獲得普遍認可的規范，經過與該領域眾多專業人士的多次討論，我們得出下面一些技術和應用要求： 金屬價格 許多裝配廠商都要求無鉛合金的價格不能高於63Sn/37Pb，但不幸的是現有的所有無鉛替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上。
在選擇無鉛焊條和焊錫絲時，金屬成本是其中最重要的因素；而在製作焊錫膏時，由於技術成本在總體製造成本中所佔比例相對較高，所以對金屬的價格還不那麼敏感。 熔點 大多數裝配廠家(不是所有)都要求固相溫度最小為150℃，以便滿足電子設備的工作溫度要求,最高液相溫度則視具體應用而定。 波峰焊用焊條：為了成功實施波峰焊，液相溫度應低於爐溫260℃。
手工/機器焊接用焊錫絲：液相溫度應低於烙鐵頭工作溫度345℃。
焊錫膏：液相溫度應低於迴流焊溫度250℃。對現有許多迴流焊爐而言，該溫度是實用溫度的極限值。許多工程師要求最高迴流焊溫度應低於225～230℃，然而現在沒有一種可行的方案來滿足這種要求。人們普遍認為合金迴流焊溫度越接近220℃效果越好，能避免出現較高迴流焊溫度是最理想不過的，因為這樣能使元件的受損程度降到最低，最大限度減小對特殊元件的要求，同時還能將電路板變色和發生翹曲的程度降到最低，並避免焊盤和導線過度氧化。 導電性好 這是電子連接的基本要求。 導熱性好 為了能散發熱能，合金必須具備快速傳熱能力。 較小固液共存溫度范圍 非共晶合金會在介於液相溫度和固相溫度之間的某一溫度范圍內凝固，大多數冶金專家建議將此溫度范圍控制在10℃以內，以便形成良好的焊點，減少缺陷。如果合金凝固溫度范圍較寬，則有可能會發生焊點開裂，使設備過早損壞。 低毒性 合金及其成分必須無毒，所以此項要求將鎘、鉈和汞排除在考慮范圍之外；有些人也要求不能採用有毒物質所提煉的副產品，因而又將鉍排除在外，因為鉍主要來源於鉛提煉的副產品。 具有良好的可焊性 在現有設備和免清洗型助焊劑條件下該合金應具備充分的潤濕度，能夠與常規免清洗焊劑一起使用。由於對波峰進行惰性處理的成本不太高，因此可以接受波峰焊加惰性環境的使用條件要求；但就SMT迴流焊而言，合金最好要具備在空氣下進行迴流焊的能力，因為對迴流焊爐進行惰性處理成本較高。 良好的物理特性(強度、拉伸度、疲勞度等) 合金必須能夠提供63Sn/37Pb所能達到的機械強度和可靠性，而且不會在通孔器件上出現突起的角焊縫(特別是對固液共存溫度范圍較大的合金)。
生產可重復性/熔點一致性
電子裝配工藝是一種大批量製造工藝，要求其重復性和一致性都保持較高的水平，如果某些合金的成分不能在大批量條件下重復製造，或者其熔點在批量生產時由於成分變化而發生較大變化，便不能給予考慮。3種以上成分構成的合金往往會發生分離或成分變化，使得熔點不能保持穩定，合金的復雜程度越高，其發生變化的可能性就越大。 焊點外觀 焊點的外觀應與錫/鉛焊料接近，雖然這並非技術性要求，但卻是接受和實施替代方案的實際需要。 供貨能力 當試圖為業界找出某種解決方案時，一定要考慮材料是否有充足的供貨能力。從技術的角度而言，銦是一種相當特別的材料，但是如果考慮全球范圍內銦的供貨能力，人們很快就會將它徹底排除在考慮范圍之外。 另外業界可能更青睞標准合金系統而不願選專用系統，標准合金的獲取渠道比較寬，這樣價格會比較有競爭性，而專用合金的供應渠道則可能受到限制，因此材料價格會大幅提高。 與鉛的兼容性 由於短期之內不會立刻全面轉型為無鉛系統，所以鉛可能仍會用在某些元件的端子或印刷電路板焊盤上。有些含鉛合金熔點非常低，會降低連接的強度， 如某種鉍/錫/鉛合金的熔點只有96℃，使得焊接強度大為降低。 金屬及合金選擇 在各種候選無鉛合金中，錫(Sn)都被用作基底金屬，因為它成本很低，貨源充足，並具備理想的物理特性，如導電/導熱性和潤濕性，同時它也是63Sn/37Pb合金的基底金屬。通常與錫配合使用的其它金屬包括銀(Ag)、銦(In)、鋅(Zn)、銻(Sb)、銅(Cu)以及鉍(Bi)。 之所以選擇這些材料是因為它們與錫組成合金時一般會降低熔點，得到理想的機械、電氣和熱性能。 表1列出了各種金屬的成本、密度、年生產能力和供貨方面的情況，另外在考察材料的供貨能力時，將用量因素加在一起作綜合考慮得出的結果會更加清晰，例如現在電子業界每年63Sn/37Pb的消耗量在4.5萬噸左右，其中北美地區用量約為1.6萬噸，此時只要北美有3%的裝配工廠採用含銦20%的錫/銦無鉛合金，其銦消耗量就將超過該金屬的全球生產能力。 近5年來業界推出了一系列合金成分建議，幷且對這些無鉛替代方案進行了評估。備選方案總數超過75個，但是主要方案則可以歸納為不到15個。面對所有候選合金，我們採用一些技術規范將選擇縮到一個較小的范圍內便於進行挑選。 銦 銦可能是降低錫合金熔點的最有效成分，同時它還具有非常良好的物理和潤濕性質，但是銦非常稀有，因此大規模應用太過昂貴。基於這些原因，含銦合金將被排除在進一步考慮范圍之外。雖然銦合金可能在某些特定場合是一個比較好的選擇，但就整個業界范圍而言則不太合適，另外差分掃描熱量測定也顯示77.2Sn/20In/2.8Ag合金的熔點很低，只有114℃，所以也不太適合某些應用。 鋅 鋅非常便宜，幾乎與鉛的價格相同，並且隨時可以得到，同時它在降低錫合金的熔點方面也具有非常高的效率。 就鋅而言，其主要缺點在於它會與氧氣迅速發生反應，形成穩定的氧化物，在波峰焊過程中，這種反應的結果是產生大量錫渣，而更嚴重的是所形成的穩定氧化物將導致潤濕性變得非常差。也許通過惰性化或特種焊劑配方可以克服這些技術障礙，但現在人們要求在更大的工藝范圍內對含鋅方案進行論證，因此鋅合金在今後考慮過程中也會被排除在外。 鉍 鉍在降低錫合金固相溫度方面作用比較明顯，但對液相溫度卻沒有這樣的效果，因此可能會造成較大的固液共存溫度范圍，而凝固溫度范圍太大將導致焊腳提升。鉍具有非常好的潤濕性質和較好的物理性質，但鉍的主要問題是錫/鉍合金遇到鉛以後其形成的合金熔點會比較低，而在元件引腳或印刷電路板的焊盤上都會有鉛存在，錫/鉛/鉍的熔點只有96℃，很容易造成焊點斷裂。另外鉍的供貨能力可能會因鉛產量受到限制而下降，因為現在鉍主要還是從鉛的副產品中提煉出來，如果限制使用鉛，則鉍的產量將會大大減少。 盡管我們也能通過直接開采獲取鉍，但這樣成本會比較高。基於這些原因，鉍合金也被排除在外。 四種和五種成分合金 由四種或五種金屬構成的合金為我們提供了一系列合金成分組合形式，各種可能性不勝枚舉。與雙金屬合金系統相比，大多數四或五金屬合金可以大幅降低固相溫度，但對降低液相溫度卻可能無所作為，因為大部分四或五金屬合金都不是共晶材料，這意味著在不同的溫度下會形成不同的金相形式，其結果就是迴流焊溫度不可能比簡單雙金屬系統所需的低。 另外一個問題是合金成分時常會發生變動，因此熔點也會變，這在四或五金屬合金中會經常遇到。由三種金屬組成的合金很難在焊錫膏內的錫粉中實現「同批」和「逐批」一致，在四種和五種金屬組成的合金中實現同樣的一致性其復雜和困難程度更大。 所以多元合金將被排除在進一步考慮范圍之外，除非某種多元合金成分具有比二元系統更好的特性。但就目前來看，業界還沒有找到哪種四或五金屬合金比二元或三元替代方案更好(無論在成本上還是性能上)。 表2列出一些主要無鉛替代方案，以及最終選用或不選用的原因，表中包括了單位重量價格、單位體積價格(對焊錫膏而言單位體積價格更具成本意義)以及熔點等信息，這些合金按照其液相溫度遞增順序排列。現根據每種焊接應用的特殊要求分別選出合適的合金。 先考慮焊條(波峰焊)和焊線(手工和機器焊接)。 對波峰焊用焊條的要求包括：a. 能在最高260℃錫爐溫度下進行連續焊接；b. 焊接缺陷(漏焊、橋接等)少；c. 成本盡可能低；d. 不會產生過多焊渣。 結果所有選中的合金都符合波峰焊要求，但99.3Sn/0.7Cu和95Sn/5Sb合金與其它替代方案相比能夠節省更多成本。比較而言，99.3Sn/0.7Cu的液相溫度比Sn/Sb合金低13℃，因此99.3Sn/0.7Cu成為波峰焊最佳候選方案。 手工焊用錫線的要求與上面焊條應用非常相似，成本考慮仍然居於優先地位，同時也要求能夠提供較好的潤濕和焊接能力。焊線用合金必須能夠很容易地拉成絲線，而且能用345～370℃的烙鐵頭進行焊接，99.3Sn/0.7Cu合金可以滿足這些要求。 與焊條和焊線相比，焊錫膏較少考慮合金成本，因為金屬成本在使用焊錫膏的製造流程總成本中所佔比重較少，選擇焊錫膏合金的主要要求是盡量降低迴流焊溫度。考察表中所列合金，可以發現液相溫度最低的是95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu(熔點217～218℃)和96.5Sn/3.5Ag(熔點221℃)。 這兩種合金都是較為合適的選擇並各具特點，相比之下Sn/Ag/Cu合金的液相溫度更低(雖然只有4℃)，而Sn/Ag合金則表現出更強的一致性和可重復製造性，並已在電子業界應用多年，一直保持很好的可靠性。有些主要跨國公司已經選擇共晶Sn/Ag合金進行評估作為無鉛替代方案，大多數大型跨國公司也開始對Sn/Ag/Cu合金作初步高級測試。 實測評估結果 波峰焊評測 將99.3Sn/0.7Cu合金裝入標准Electrovert Econopak Plus波峰焊機進行測試，這種波峰焊機配備有USI超聲波助焊劑噴塗系統、Vectaheat對流式預熱和「A」波CoN2tour惰性系統。測試在兩種無鉛印刷電路板上進行：帶OSP塗層的裸銅板和採用浸銀拋光的裸銅板(Alpha標准)，兩種電路板都採用固態含量2%且不含VOC的免清洗助焊劑(NR300A2)。另外作為對照，將同樣的電路板在相同設備上採用相同條件進行焊接，只是焊料用傳統63Sn/37Pb合金。 通過實驗可得出以下結論： 如果採用99.3Sn/0.7Cu合金，則有必要對波峰焊機進行惰性處理以確保得到適當的潤濕度，但不需要對波峰焊機或風道進行完全惰性處理，用CoN2tour公司的邊界惰性焊接系統即已足夠。 使用99.3Sn/0.7Cu焊接的電路板外觀與用63Sn/37Pb合金焊接的電路板沒有區別，焊點的光亮程度、焊點成型、焊盤潤濕和通孔上端上錫情況也基本一樣。 與Sn/Pb合金相比，Sn/Cu合金的橋接現象較少，但由於測試的條件有限，因此對這一點還需要作更進一步的研究。 99.3Sn/0.7Cu合金在260℃溫度條件下焊接非常成功，在245℃條件下也沒有問題。 採用Sn/Cu合金的幾個星期內銅的含量沒有發生變化，之所以關注這一問題，是因為銅在錫中的溶解度很低，而且與溫度有很大關系。 在大批量生產中，電路板的銅吸收情況與用Sn/Pb合金時相同。 印製和迴流焊評測 針對Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金開發了一種新的助焊劑，以便在更高迴流焊溫度下得到較好的潤濕效果，因為迴流焊溫度較高時(比常規迴流焊溫度高20℃)要求助焊劑中的活性劑應具備更高的熱穩定性。另外如果在空氣中工作，迴流焊溫度較高還可能使普通免清洗助焊劑變色，所以這種助焊劑對高溫要有很強的承受能力。在95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金中使用UP系列焊錫膏時，即使空氣溫度達到240℃，它也不會變為棕色或琥珀色。 UP系列焊錫膏在印刷測試中表現非常好，測試時採用的是MPM UP2000印刷機，印刷條件包括6mil厚激光切割網板、印刷速度25mm/秒、網板開口間距16～50mil以及接觸式印刷，焊膏印出的輪廓非常清晰且表現出良好的脫模性能。另外這種焊錫膏在中止印刷後(停放超過一小時)再開始使用時無需進行攪拌，其網板使用壽命在8小時以上，粘性也可保持8小時。 迴流焊採用Electrovert Omniflo七溫區回焊爐，在空氣環境下進行焊接。回焊曲線如圖1，從圖中可看出溫度在200秒時間里以近似線性的速率上升到240℃，溫度高於熔點(221℃)的時間為45秒。 得出結論如下： UP系列焊錫膏95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 88-3-M13表現出良好的印刷性。 無鉛焊錫膏能提供良好的粘力且能保持足夠的時間。 對測試板而言，95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金所需的240℃最高溫度是可以接受的。 迴流焊無需氮氣也能取得很好效果。 焊點光亮度好，與標准Sn/Pb合金相同。 助焊劑殘留物外觀(顏色及透明度)比採用Sn/Pb合金及普通助焊劑在標准熱風迴流焊(峰值溫度220℃，高於183℃的時間為45秒)後的情形好得多。 潤濕和擴散特性與Sn/Pb標准合金相同。 當使用沒有阻焊膜的裸FR-4板子時，過高的迴流焊溫度會使線路板出現嚴重變色(變深)，淺綠色阻焊膜會使變色看起來較輕，中/深綠色阻焊膜則使變色基本上看不出來。 有些元件經高溫迴流焊後會出現變色和氧化跡象，將這種無鉛焊料用於兩面都有表面安裝器件的電路板上時，建議在迴流焊後再安裝需作波峰焊接的底面SMD器件，以免過度受熱影響可焊性。 用UP系列96.5Sn/3.5Ag合金進行的測試所獲結果相似，只是迴流溫度提高了3～5℃。 其它特性 選擇一種簡單普通二元合金的最大好處在於它已經完成了大量測試且已被廣泛接受，如96.5Sn/3.5Ag合金已在某些電子領域應用了很長的時間。95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu現正接受同樣嚴格的測試，並在一些地方顯示出非常相似的性能和優點。 福特汽車公司對使用Sn/Ag合金的測試板和實際電子組件進行了熱循環試驗(-40℃～140℃)，已完成全面熱疲勞測試研究，另外他們還將無鉛組件用於整車中，測試結果顯示Sn/Ag合金的可靠性與Sn/Pb合金相差無幾甚至更好。摩托羅拉公司也已經完成了Sn/Ag和Sn/Pb合金的熱循環和振動研究，測試表明Sn/Ag合金完全合格，其它OEM廠商在各自的Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金研究中也得到了類似的結論。 根據研究結果，Sn/Ag和Sn/Pb在導電性、表面張力、導熱性和熱膨脹系數等各方面所取得結果大致相當(見表3)。 本文結論 通過上述討論，我們可以得到一個實際可行的標准無鉛焊接工藝，其基本內容包括： 對焊錫膏應用而言，可將95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu或96.5Sn/3.5Ag合金與UP系列助焊劑配合使用。 對波峰焊應用而言，焊錫條可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 對手工/機器焊接而言，焊錫線可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 雖然上述方案還未能達到研究無鉛替代方案工程師們所確定的每項目標，但基本上能令人滿意，該方案最大限制在於96.5Sn/3.5Ag合金所要求的迴流焊溫度比Sn/Pb合金的要高20～30℃，因此迴流焊對元件的要求也有所提高。元器件供應商應與電子裝配廠密切合作以解決高溫迴流焊帶來的種種問題。 隨著新技術的發展，將來還會有更多更好的替代方案推出，這里討論的系統最大價值在於其它復雜系統可以根據它提供的標准進行參照比較。在考察更加復雜的系統之前，應多問下面一些可以定量回答的問題：
焊錫膏
1. 新的合金系統是否能將迴流焊溫度降至與Sn/Ag合金差不多的程度(Sn/Ag合金最低迴流焊溫度為240℃， 而95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金的最低迴流焊溫度則為235℃)？ 2. 與Sn/Ag或Sn/Ag/Cu合金相比，金屬和焊錫膏的成本如何？ 3. 合金中各材料有沒有技術參數限制？各材料在技術參數范圍內變化時其固相和液相溫度的變化情況如何？
焊條
1. 合金的成本如何？與Sn/Cu合金比較哪一個更貴？ 2. 合金是否具有Sn/Cu合金所沒有的優點