SMT無(wu)(wu)鉛(qian)工藝(yi)的(de)步伐越(yue)來(lai)越(yue)近，無(wu)(wu)鉛(qian)錫膏作為無(wu)(wu)鉛(qian)工藝(yi)的(de)重要一環，它的(de)性能表現也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)多引起人(ren)們的(de)關注(zhu)。本文(wen)結合萃華電(dian)子公(gong)司的(de)最新無(wu)(wu)鉛(qian)錫膏產品(pin)MulTIcore(96SC LF320 AGS88分析無(wu)(wu)鉛(qian)錫膏如何滿足無(wu)(wu)鉛(qian)工藝(yi)的(de)幾個(ge)要求。

        眾(zhong)所周知鉛(qian)是有(you)毒金屬，如不加以控制，將會(hui)對(dui)人(ren)體和周圍環境造成巨大(da)而深(shen)遠的影(ying)響。歐(ou)洲(zhou)(zhou)議會(hui)2003年底(di)已(yi)經通過(guo)立法，要求從2006年7月開始，在(zai)歐(ou)洲(zhou)(zhou)銷售(shou)的電氣(qi)和電子設備不得含有(you)鉛(qian)和其它有(you)害物質。中國等國家(jia)的相關(guan)法律也正(zheng)在(zai)醞釀之中。由此(ci)可(ke)見，SMT的無(wu)鉛(qian)工藝已(yi)經成為我(wo)們必然(ran)的選(xuan)擇(ze)。本文以無(wu)鉛(qian)錫膏的研發為基礎，針對(dui)無(wu)鉛(qian)工藝帶來的幾個(ge)問(wen)題，如合金選(xuan)擇(ze)、印刷性、低(di)溫回(hui)流、空洞水平等展開討論(lun)，同時，向(xiang)大(da)家(jia)介紹了最新一代無(wu)鉛(qian)錫膏產品MulTIcore(96SC LF320 AGS88相應(ying)特性。

        一、 無鉛(qian)合(he)金的選擇(ze) 

        為了找到適合(he)的(de)(de)(de)(de)無(wu)鉛(qian)(qian)合(he)金(jin)(jin)來替代傳統的(de)(de)(de)(de)Sn-Pb合(he)金(jin)(jin)，人們曾做過(guo)許多的(de)(de)(de)(de)嘗試。這是因為無(wu)鉛(qian)(qian)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇需(xu)要考慮的(de)(de)(de)(de)因素很多，如熔點(dian)、機械(xie)強度(du)、保質期、成本等。表(biao)1列舉(ju)了三(san)種主(zhu)要無(wu)鉛(qian)(qian)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)比較結果。 

        表1 三種(zhong)無鉛合金(jin)的比較結果 

       人們(men)最(zui)終(zhong)把目標鎖定在富含Tin的(de)(de)合金(jin)(jin)上，在富含Tin的(de)(de)合金(jin)(jin)中(zhong)，Sn/Ag/Cu 系列又成(cheng)為選擇的(de)(de)目標。而Sn，Ag，Cu三種合金(jin)(jin)成(cheng)份比(bi)例(li)的(de)(de)確定也(ye)經歷了一(yi)段探索(suo)的(de)(de)過程(cheng)，這(zhe)主要是考慮(lv)到焊(han)點的(de)(de)機(ji)電性(xing)能，如抗拉強(qiang)度、屈服(fu)強(qiang)度、疲勞強(qiang)度、塑(su)性(xing)、導電率等等。最(zui)終(zhong)兩種具(ju)有相同熔點（217°C）且性(xing)能相似的(de)(de)合金(jin)(jin)成(cheng)分：SnAg3Cu0.5(96.5%Sn,3%Ag,0.5%Cu)和(he)SnAg3.8Cu0.7(95.5%Sn,3.8%Ag,0.7%Cu)成(cheng)為無鉛合金(jin)(jin)的(de)(de)主要選擇。其中(zhong)，SnAg3Cu0.5被日本(ben)、韓國廠(chang)商廣(guang)泛(fan)采用(yong)，歐美企業更多選擇 SnAg3.8Cu0.7合金(jin)(jin)。以上兩種合金(jin)(jin)Multicore(均(jun)可以提(ti)供，代號(hao)分別為97SC和(he)96SC。 

       二(er)、 印刷性

        由(you)于(yu)Sn/Ag/Cu合金(jin)的密(mi)度(7.5 g/mm3)比Sn-Pb合金(jin)的密(mi)度 (8.5g/mm3) 低(di)，使用該種合金(jin)的無(wu)鉛(qian)(qian)焊(han)錫膏的印(yin)刷性比有(you)鉛(qian)(qian)錫膏差一些,如容易粘刮(gua)刀(dao)等。盡管如此，由(you)于(yu)保證錫膏的良好的印(yin)刷性對于(yu)提(ti)(ti)高(gao)(gao)SMT的生產效率、降低(di)成本十分重(zhong)要，在合金(jin)成分相同的情況下(xia)，只有(you)通過助(zhu)焊(han)劑成分的調整(zheng)來提(ti)(ti)高(gao)(gao)錫膏的印(yin)刷性，如填充網孔能(neng)力、濕(shi)(shi)強度、抗(kang)冷(leng)/熱坍塌(ta)及潮濕(shi)(shi)環(huan)境能(neng)力等，并最(zui)終提(ti)(ti)高(gao)(gao)印(yin)刷速度、改善印(yin)刷效果。 

        圖1為Multicore(96SC LF320 AGS88的(de)(de)(de)印(yin)(yin)刷(shua)實驗結(jie)果(guo)(guo)。由圖1可知該產品(pin)的(de)(de)(de)可印(yin)(yin)刷(shua)速度范(fan)圍為25 mm/s - 175 mm/s（圖中的(de)(de)(de)綠色部分(fen)表示(shi)印(yin)(yin)刷(shua)效(xiao)果(guo)(guo)好(hao)）。事實證明(ming)，通過調(diao)整助焊劑成分(fen)和比例，無鉛錫膏可以具有(you)與有(you)鉛錫膏同樣(yang)的(de)(de)(de)高速印(yin)(yin)刷(shua)操作窗(chuang)口。 

   ;     三、 低溫回流的重(zhong)要(yao)性

        由于無鉛合(he)(he)金(jin)的(de)熔點升高(gao)（Sn/Ag/Cu合(he)(he)金(jin)的(de)熔點為217°C，Sn-Pb合(he)(he)金(jin)熔點為183°C），無鉛工藝面臨的(de)首(shou)要問(wen)題便是回流(liu)焊時峰值溫度的(de)提高(gao)。在圖(tu)2中描述(shu)了無鉛錫膏(gao)回流(liu)焊接時，在最壞情(qing)況假設下(xia)（線(xian)路(lu)板(ban)最復雜，系統誤差和測量誤差為正，以及滿足充分浸潤(run)的(de)條(tiao)件），線(xian)路(lu)板(ban)上最熱點溫度可能達到的(de)溫度（265°C）。圖(tu)中最冷(leng)點235°C是為保證充分浸潤(run)的(de)建議(yi)條(tiao)件。

        值(zhi)得注意的(de)(de)是：一方面(mian)，若(ruo)無(wu)(wu)鉛錫(xi)(xi)膏(gao)所(suo)要求的(de)(de)峰值(zhi)溫度較高，線(xian)路板最熱點(dian)(dian)便(bian)容易達(da)到265°C，而該溫度已(yi)超過了(le)目前所(suo)有(you)元(yuan)器件的(de)(de)耐溫極限；另一方面(mian)，若(ruo)系統誤差和測量誤差為負，同時錫(xi)(xi)膏(gao)的(de)(de)最低峰值(zhi)溫度較高，便(bian)會有(you)冷焊問題(ti)的(de)(de)發生。因此(ci)為了(le)保證元(yuan)器件的(de)(de)安全性(xing)、以及焊點(dian)(dian)的(de)(de)可(ke)靠性(xing)，無(wu)(wu)鉛錫(xi)(xi)膏(gao)的(de)(de)最低峰值(zhi)溫度應(ying)盡(jin)量低，即無(wu)(wu)鉛錫(xi)(xi)膏(gao)低溫回流(liu)特性(xing)在無(wu)(wu)鉛焊接工藝中十(shi)分重(zhong)要。 

        值得一提的(de)(de)是，Multicore(的(de)(de)領先技(ji)術、獨特配方(fang)成功地解(jie)決了(le)這(zhe)(zhe)一難(nan)題(ti)，無(wu)鉛錫(xi)膏(gao)96SC LF320 AGS88的(de)(de)最低回(hui)流(liu)(liu)(liu)溫(wen)度(du)僅(jin)為229°C，這(zhe)(zhe)就意味著應用該款錫(xi)膏(gao)進(jin)行焊接(jie)(jie)時，可(ke)以(yi)僅(jin)比217°C 的(de)(de)合金熔點(dian)高出3°C（保(bao)證一定的(de)(de)回(hui)流(liu)(liu)(liu)時間(jian)）。這(zhe)(zhe)樣不但可(ke)以(yi)很(hen)好地解(jie)決可(ke)靠性、冷焊等問(wen)題(ti)，更可(ke)以(yi)減少(shao)生產工藝方(fang)面的(de)(de)調整，以(yi)節(jie)約成本。圖3為該款無(wu)鉛錫(xi)膏(gao)的(de)(de)回(hui)流(liu)(liu)(liu)操(cao)作窗(chuang)口(kou)。由圖3可(ke)知(zhi)，96SC LF320 AGS88 擁有很(hen)寬(kuan)的(de)(de)操(cao)作窗(chuang)口(kou)：從(cong)熔點(dian)以(yi)上時間(jian)60秒/峰(feng)值溫(wen)度(du)229°C，到熔點(dian)以(yi)上時間(jian)80秒/峰(feng)值溫(wen)度(du)245°C的(de)(de)范圍內均可(ke)以(yi)獲(huo)得極(ji)佳(jia)的(de)(de)焊接(jie)(jie)效(xiao)果,較(jiao)寬(kuan)的(de)(de)回(hui)流(liu)(liu)(liu)窗(chuang)口(kou)可(ke)以(yi)更好地滿足(zu)生產方(fang)面的(de)(de)不同(tong)需求。 

        四、 空洞(dong)水(shui)平 

        空(kong)洞(dong)是回流(liu)焊(han)接中常見的一(yi)種缺陷，尤其在BGA/CSP等元器(qi)件上的表(biao)現(xian)尤為突出(chu)。由于空(kong)洞(dong)的大(da)小(xiao)、位置(zhi)、所占比例(li)以(yi)及測(ce)量(liang)方面的差異性(xing)較(jiao)大(da)，至今對空(kong)洞(dong)水(shui)平的安全性(xing)評估仍未統(tong)一(yi)起來。有經驗的工(gong)程(cheng)師習(xi)慣將空(kong)洞(dong)比例(li)低于15%-20%，無較(jiao)大(da)空(kong)洞(dong)，且不集中于連接處的有鉛焊(han)點認為是可接受的。

        在無鉛(qian)焊接中，空洞仍然是一個必(bi)需關注的(de)問(wen)題。這是因為(wei)在熔融狀態下，Sn/Ag/Cu合金比Sn-Pb合金的(de)表面張(zhang)力更(geng)大。如圖4所示。表面張(zhang)力的(de)增(zeng)加(jia)，勢(shi)必(bi)會使(shi)(shi)氣體(ti)在冷(leng)卻階段(duan)的(de)外溢更(geng)加(jia)困難，使(shi)(shi)得空洞比例增(zeng)加(jia)。這一點(dian)(dian)在無鉛(qian)錫膏的(de)研發(fa)過程中得到證實(shi)，早(zao)期無鉛(qian)錫膏的(de)主要(yao)問(wen)題之(zhi)一便是空洞較多。作為(wei)新一代的(de)無鉛(qian)錫膏產品，Multicore(96SC LF320 AGS88增(zeng)加(jia)了助焊劑在高溫的(de)活(huo)性，實(shi)現了技術上的(de)長足飛躍，使(shi)(shi)得無鉛(qian)焊點(dian)(dian)的(de)空洞水平可降(jiang)低到7.5%。

        五(wu)、 結(jie)論 

        1）Sn/Ag/Cu 系列(lie)合(he)金成為無鉛錫膏合(he)金的主(zhu)要選擇；

        2）助焊劑介質的(de)合(he)理調整，可使無鉛錫膏的(de)印刷性與(yu)有(you)鉛錫膏幾(ji)乎(hu)相同；

        3）無鉛錫膏的低(di)溫回流特性對SMT無鉛工藝意義(yi)重大；

       ; 4）新一代的(de)無(wu)鉛錫膏，使得空洞問題得到明顯改善。