[焊接材料的发展现状与发展趋势]行业发展现状焊接材料的发展现状与发展趋势陈昌旭摘要：近年来，虽然在电子封装行业中仍然存在着不少的企业在继续采用有铅焊料，但是这并不妨碍“无铅化”成为电子材料、微电子制造、电子封装和SMT 等有关的国际研讨会和学术交流会的中心内容或者是主要议题，几种专业技术刊物几乎每一期都有无铅专题，在百度或Google 等著名名搜索引擎上，可找到的“无铅化”信息有成千上万条，而且还在不断增加中[1]。
无论是环境的要求还是作为竞争的筹码，无铅焊料在表面组装领域中的应用已经是不可回避。
然而无铅化仍然存在材料、工艺、设备、系统兼容等问题。
在解决材料及电子产品可靠性的同时电子工业正在向无铅组装转变。
这一努力是由环保方面的考虑，政府的立法以及无铅电子封装的市场利益所驱动的。
在无铅组装的执行中虽然需要做出许多的决定，但不可否认的是，无铅焊料已经逐渐成为电子封装行业中的当前以及未来主要的焊接材料。
关键词：焊接材料，发展趋势，无铅[2]The development of welding materials andthe development trendchen chang xuAbstract:In recent years, although the electronic packaging industry there are still many enterprises were to have lead solder, but this does not preclude the “lead-free” has bee electronic materials, microelectronics manufacturing, such as electronic packaging and SMT The international seminars and academic exchanges will be at the centre or the main topic, dozens of professional and technical publications have lead-free period of almost every topic, in Baidu or Google search engine and other well-known name, can find the “Lead “Thousands of information, but also continue to increase、 Whether environmental requirements or as a bargaining chip in petition, lead-free solder assembly on the surface in the field of application is already unavoidable、 But there are still lead-free materials, technology, equipment, systems patibility and other issues、 In resolv ing the reliability of materials and electronic products, while the electronics industry are changing to lead-free assembly、 This effort by environmental cons iderations, the Government”slegislative and lead-free electronic packaging market-driven interest、 Lead-free assembly in the implementation Although many need to make the decision, but it is undeniable that lead-free solder has gradually bee the electronic packaging industry in the current and future major welding materials、Key words: welding materials, development trends, unleaded1 焊接材料的发展现状欧盟关于废旧电子电器产品的指令和目前最常用的锡一3、0银、0、5铜其熔点在217-219℃，在进行再流焊时，可操作的最低工艺温度应为液相温度加10℃，这就比锡铅共晶焊料的熔点高出40℃。
不难看出，操作温度的上升与元器件的耐热温度的差由于无铅焊料的高熔点，对温度曲线的要求将会有一点改变，因此在再流设备的设置上也需要有一些变化。
一个基本的改变，就是在再流期间需要一个更为平坦的温度曲线变化。
由于更小的工艺窗口，峰值温度和高于液化温度的时间的要求必须被达到，同时不能使组件或器件过热。
一个长的再流区域和对产品的高效率热传导是必须的。
这样由于熔点的上升，焊接工艺和设备都将发生重大的变化，为此，对于实行锡银铜焊料的无铅化，降低其熔点将是被关注的焦点问题[4]。
针对再流需要使用两个温区或者在再流温区采用相反峰值爬升的方法，这一问题可以被解决。
采用这种方法时，使倒数第二个加热区相对最后一个加热区维持一个更高的温度，从而更快地将热量传导到板子上。
最后一个温区则用来在组件上维持一个一致的温度。
一般认为锡银铜比锡铅润湿性低，其扩散率在75％、80％，比锡铅下降15％左右。
为了提高可焊性，在助焊剂中增加活性剂是必要的，但这样一来又会造成粘度升高等不良现象。
另外，由于无铅焊料表面张力比有铅焊料高，在同样条件下润湿性也会变差[4]。
由于无铅焊料的熔点高，则在钎焊时，元器件的最高温度受硅晶片暴露所能承受的最高温度限制。
一般元件的表面温度限制到250℃，此时内部硅片还没有达到250℃，PCB 限制在235℃。
同时还要控制钎焊过程的加热速率，以保证不引起热冲击损伤。
铝电解电容不能承受高温钎焊。
这种元件正常的最高操作温度为225℃，因此这种元件必须找出替代品。
钽基电容温度阈值很高，约300℃，但是因原材料的可获得性及成本等因素，其应用受到限制。
因此必须考虑峰值温度与元器件的耐热温度的适应性，因此预热终点温度要高，有热容量差异的元器件温度能达到均匀。
此外由于元器件与母材的氧化，焊膏活性的损失容易产生焊球，当用锡铅焊膏的助焊剂用于锡银铜焊膏时必须提高预热温度和预热时间，针对焊接温度的变化可能带来的问题，必须开发用于无铅焊膏的助焊剂[5]。
无铅焊接实践中可能出现的问题、难点、方向以及预防方法桥接、焊球、芯片间锡珠缺陷这三类缺陷都是因钎料选择而产生的。
由于无铅工艺的预热更高，焊膏的热坍塌性能就至关重要，需要的是在更高温度如185~C具有良好抗热坍塌性的焊膏。
对于细间距的元件，选择具有热稳定胶体化剂的无铅焊膏也非常重要。
引脚和焊盘的润湿差在无铅焊接中，无润湿或润湿不足也常常遇到，主要原因是：焊膏的活性水平太低，预热温度过高，预热时间过长，钎料休整困难，超液相线温度停留时间不足，欲联接元器件过度氧化。
锡一银一铜钎料润湿多数金属都比较缓慢，因此需要在钎料熔点之上停留更多的时间，以达到良好的汲取和钎料铺展，通常峰值温度为235～245clC ，时间范围为60～70s 。
无铅焊点和BGAS 的空洞焊点中空洞产生的原因有；焊膏化学配方；钎料表面张力效应；热定型；焊点表面氧化；引脚几何尺寸、焊点形状；PCB 板和元件的金属化。
优化再流温度曲线以脱除挥发物，延长预热时间和增加液相线以上停留时间将有助于减[6]少空洞的滞留。
确保元件和PCB 板远离潮气和涂覆污染物也有益于空洞的减少。
无铅工艺的“碑立”缺陷无铅作业可能会增加较小元件隆起的几率。
其原因部分是由于无铅合金的润湿性能受到削弱。
如果一种焊膏在钎料粉末熔化的初始阶段表现出过度的放气特性，也将增加“碑立” 缺陷率。
无铅作业的不润湿不润湿通常是由于焊剂缺乏活性。
该现象在水清洗类型的焊膏中很少发生，因为这些焊膏已被高度激活。
ROLO 类的低活性焊膏、卤化物免清洗焊膏在难焊接的精修面如裸铜OSP 或Ni —Au 上倾向于产生这种问题。
无铅焊接减少或预防不润湿的途径有：选择具有优良活性的焊膏或更具活性的钎料；可能保证欲联接的金属无氧化；减少预热时间或降低其温度以保持焊剂的活性；如果焊剂的活性好，增加液相线之上的保温时间。
[5]3 无铅焊接材料的发展趋势国内外一些焊接技术研究部门已经对主流无铅焊料的性能进行了比较，但目前对无铅焊料生命周期内对环境的影响还是没有进行系统化研究。
虽然无铅焊料的使用减少了铅的毒害性，也减少了锡、铅两种不可再生资源的使用，但无铅替代焊料的使用同样也会增加替代金属的资源耗竭负荷。
由于无铅焊料的熔点普遍高于锡铅焊料，在无铅焊料的生产和使用过程中，工艺温度较高必将造成能耗高于锡铅焊料的现象，同时还会产生更多的污染物排放[7]。
年5月在美国新奥尔良举行的“国际电气电子工程师学会电器与环境国际研讨会暨国际电子回收利用峰会”上，来自马里兰的Maria Leet Socolof报道了由美国环境保护署和美国电子工业联合资助进行的含铅和两种无铅替代焊料的使用过程的生命周期评价结果。
通过考察锡铅、锡银铜和锡铜焊料在波峰焊中的16个不同的环境条目，得出无铅焊料在4个方面的影响值低于传统锡铅焊料，而另5个方面却高于传统锡铅焊料。
中国电子科技集团公司第二研究所梁鸿卿编译了对无铅焊料影响环境的评价，就焊料制造时所消耗的能量进行评价得出锡银铜系焊料比传统锡铅焊料高113％。
此外，无铅焊料使用的合金化元素有很多储量少于铅，这也在一定程度上减少了无铅焊料替代的有效性。
针对当前锡铅焊料对资源、环境的严峻影响，通过对锡铅焊料和目前使用比较普遍的几类无铅焊料的分析，就其生产、使用过程中两类焊料的资源、能源的投入和各种污染物的排放情况展开生命周期评价，使焊料的生产、使用建立在资源、能源量化的基础上，从而诊断焊料生产、使用中涉及到的资源、环境问题，在改善焊料各方面特性的同时寻求改善与焊料生产、使用相关的环境问题的途径[8]。
4 结语[9]1、无铅焊接理论与实践均属于锡焊技术的领域，在从有铅转向无铅的过程中，无铅焊料的标准体系确定锡银铜目前已成共识。
但其熔点仍偏高，对锡银铋铟以及锡铋、锡锌焊料的研究将成为人们关注的热点和方向。