❶ 求焊接锯片刀头设备技术..我从事木工刀具销售行业.想买套设备自己做锯片成型刀焊齿.要能教技术的
一）用氧炔铜焊。不需要多少设备的投入，简单易行。
二）高频感应焊。要高频感应焊机，焊接专用铜粉。优点：发热小，焊接质量好，焊后刀片美观易排列整齐。
三）合金锯片自动焊接。设备投资高。
硬质合金由超细微粉在高压内完成烧结温度在1200℃，现在合金焊接都偏向低温焊接。目的保护其金相组织在焊接时不受到破坏，焊接温度不宜高于750℃，温度 均匀最好隔齿焊接。焊齿时要注意合金有否碳化物，保持合金干净周边不要有灰尘或车间恒温，齿座不允许有锈点或氧化物，助焊剂不宜太浓或太稀，调成糊状，有 粒状助焊剂不能使用。注意沉淀，重复使用时要调和助焊剂，最好滴在合金上，不要糊在基体齿根外。使用银焊丝不能追求含银量过高，一般在45%就可以。银焊 丝主要金属元素银、铜、镍，银低温，镍锌增强流动性，铜增加强度，只要增加适量锰、铟、硒，粘结力更强。锰有气孔，铟、硒元素太贵，一般焊丝焊接强度每平 方厘米强度为5-16KG，一般每个齿视合金焊接面积大小而定，每齿强度不能低于50KG，工业类型在100KG以上。焊完锯片后随即放在100℃烘箱内 回火，减少焊齿造成应力及细化合金内部组织，提高耐用及耐磨度 。另木工刀具论坛有硬质合金圆锯片制造技术-杭州戈盾手动锯片高频焊齿操作视频可以去参考下。
❷ 表面装贴技术
无铅焊接
考虑到环境和健康的因素，欧盟已通过立法将在2008年停止使用含铅钎料，美国和日本也正积极考虑通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。 铅的毒害目前全球电子行业用钎料每年消耗的铅约为20000t，大约占世界铅年总产量的5%。铅和铅的化合物已被环境保护机构(EPA)列入前17种对人体和环境危害最大的化学物质之一。 无铅钎料 目前常用的含铅合金焊料粉末有锡一铅（Sn-Pb）、锡一铅一银（Sn-Pb-Ag）、锡一铅一铋（Sn-Pb-Bi）等，常用的合金成分为63%Sn/37%Pb以及62%Sn/36%Pb/2%Ag。不同合金比例有不同的熔化温度。对于标准的Sn63和Sn62焊料合金来说，回流温度曲线的峰值温度在203到230度之间。然而，大部分的无铅焊膏的熔点比Sn63合金高出30至45度，因此， 无铅钎料的基本要求目前国际上公认的无铅钎料定义是:以Sn为基体，添加了Ag、Cu、Sb、In其它合金元素，而Pb的质量分数在0.2%以下的主要用于电子组装的软钎料合金。无铅钎料不是新技术，但今天的无铅钎料研究是要寻求年使用量为5～6万吨的Sn-Pb钎料的替代产品。因此，替代合金应该满足以下要求:
(1)其全球储量足够满足市场需求。某些元素，如铟和铋，储量较小，因此只能作为无铅钎料中的微量添加成分;
(2)无毒性。某些在考虑范围内的替代元素，如镉、碲是有毒的。而某些元素，如锑，如果改变毒性标准的话，也可以认为是有毒的;
(3)能被加工成需要的所有形式，包括用于手工焊和修补的焊丝;用于钎料膏的焊料粉;用于波峰焊的焊料棒等。不是所有的合金能够被加工成所有形式，如铋的含量增加将导致合金变脆而不能拉拔成丝状;
(4)相变温度(固/液相线温度)与Sn-Pb钎料相近;
(5)合适的物理性能，特别是电导率、热导率、热膨胀系数;
(6)与现有元件基板/引线及PCB材料在金属学性能上兼容;
(7)足够的力学性能:剪切强度、蠕变抗力、等温疲劳抗力、热机疲劳抗力、金属学组织的稳定性;
(8)良好的润湿性;
(9)可接受的成本价格。
新型无铅钎料的成本应低于 22.2/kg，因此其中In的质量分数应小于1.5%，Bi含量应小于2.0%。 早期的研发计划集中于确定新型合金成分、多元相图研究和润湿性、强度等基本性能考察。后期的研发计划主要集中于五种合金系列:SnCu、SnAg、SnAgCu、SnAgCuSb和SnAgBi。并深入探讨其疲劳性能、生产行为和工艺优化。 表2.3 NCMS美国国家制造科学中心提出的无铅钎料性能评价标准 IPC也于2000年6月发布了研究报告“A guide line for assembly of lead-free electronics”。
目前国际上关于无铅钎料的主要结论如下:现在已经有很多种无铅钎料面世没有一种能够为SnPb钎料的直接替代提供全面的解决方案。
(1)对于某些特殊的工艺过程，某些特定的无铅钎料可以实现直接替代;
(2)目前而言，最吸引人的无铅钎料是Sn-Ag-Cu系列。其他有潜力的组合包括Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag和Sn-Ag-Bi;
(3)目前还没有合适的高铅高熔点钎料的无铅替代品;
(4)目前看来，钎剂的化学系统不需要进行大的变动;
(5)无铅钎料形成焊点的可靠性优于SnPb合金。
几种无铅钎料的对比
(1)SnCu:价格最便宜;熔点最高;力学性能最差。
(2)SnAg:力学性能良好，可焊性良好，热疲劳可靠性良好，共晶成分时熔点为221℃。SnAg和SnAgCu组合之间的差异很小，其选择主要取决于价格、供货等其他因素。
(3)SnAgCu(Sb):直到最近几年才知道Sn-Ag-Cu之间存在三元共晶，且其熔点低于Sn-Ag共晶，当然该三元共晶的准确成分还存在争议。与Sn-Ag和Sn-Cu相比，该组合的可靠性和可焊性更好。而且加入0.5%Sb后还可以进一步提高其高温可靠性。
(4)SnAgBi(Cu)(Ge):熔点较低，200～210℃;可靠性良好;在所有无铅钎料中可焊性最好，已得到Matsushita确认;加入Cu或Ge可进一步提高强度;缺点是含Bi带来润湿角上升缺陷的问题。
(5)SnZnBi:熔点最接近于Sn-Pb共晶;但含Zn带来很多问题，如钎料膏保存期限、大量活性钎剂残渣、氧化问题、潜在腐蚀性问题。目前不推荐使用。 2.2 选择合金 由上，本次回流工艺设计焊料合金采用Sn/Ag/Cu合金（Sn/Ag3.0/Cu0.5），因为该合金被认为是国际工业中的首选并且得到了工业和研究公会成员的推荐。因为虽然一些公会还提议并且研究了另一种合金Sn/0.7Cu（质量百分比），一些企业在生产中也有采用这种合金。但是相对Sn/Cu合金的可靠性和可湿性，另外考虑到在回流焊和波峰焊中采用同种合金，Sn/Ag/Cu合金便成为工艺发展试验最好的选择。 Sn/Ag3.0/Cu0.5合金性能： 溶解温度：固相线217℃/液相线220℃；成本：0.10美元/cm3 与Sn/Cu焊料价格比：2.7 机械强度：48kg/mm2 延伸率：75％ 湿润性：良 由Sn/Ag/Cu合金性能可知：焊料合金熔融温度比原Sn/Pb合金高出36℃，形成商品化后的价格也比原来提高。工艺焊接温度采用日本对此合金焊料的推荐工艺曲线，见图2.1。
日本推荐的无铅回流焊典型工艺曲线 说明：推荐的工艺曲线上有三个重要点：
（1） 预热区升温速度要尽量慢一些（选择数值2～3℃/s），以便控制由焊膏的塌边而造成焊点的桥接、焊锡球等。
（2） 预热要求必须在（45～90sec、120～160℃）范围内，以控制由PCB基板的温差及焊剂性能变化等因素而发生回流焊时的不良。
（3） 焊接的最高温度在230℃以上，保持20～30sec，以保证焊接的湿润性。 冷却速度选择-4℃/s 6 回流焊中出现的缺陷及其解决方案 焊接缺陷可以分为主要缺陷、次要缺陷和表面缺陷。凡使SMA功能失效的缺陷称为主要缺陷；次要缺陷是指焊点之间润湿尚好，不会引起SMA功能丧失，但有影响产品寿命的可能的缺陷；表面缺陷是指不影响产品的功能和寿命。它受许多参数的影响，如焊膏、基板、元器件可焊性、印刷、贴装精度以及焊接工艺等。我们在进行SMT工艺研究和生产中，深知合理的表面组装工艺技术在控制和提高SMT生产质量中起着至关重要的作用。
回流焊中的锡珠
(1) 回流焊中锡珠形成的机理 回流焊中出现的锡珠（或称焊料球），常常藏于矩形片式元件两焊端之间的侧面或细间距引脚之间，如图6.1、6.2。在元件贴装过程中，焊膏被置于片式元件的引脚与焊盘之间，随着印制板穿过回流焊炉，焊膏熔化变成液体，如果与焊盘和器件引脚等润湿不良，液态焊料会因收缩而使焊缝填充不充分，所有焊料颗粒不能聚合成一个焊点。部分液态焊料会从焊缝流出，形成锡珠。因此，焊料与焊盘和器件引脚的润湿性差是导致锡珠形成的根本原因。 图6.1 片式元件一例有粒度稍大的锡球 图6.2 比引脚四周有分散的锡球 锡膏在印刷工艺中，由于模板与焊盘对中偏移，若偏移过大则会导致锅膏漫流到焊盘外，加热后容易出现锡珠。贴片过程中Z轴的压力是引起锡珠的一项重要原因，往往不被人们历注意，部分贴片机由于Z铀头是依据元件的厚度来定位．故会引起元件贴到PCB上一瞬间将锡蕾挤压到焊盘外的现象，这部分组喜明显会引起锡珠。这种情况下产生的锡珠尺寸稍大，通常只要重新调节Z铀高度，就能防止锡珠的产生。
(2) 原因分析与控制方法 造成焊料润湿性差的原因很多，以下主要分析与相关工艺有关的原因及解决措施:
(1) 回流温度曲线设置不当。焊膏的回流与温度和时间有关，如果未到达足够的温度或时间，焊膏就不会回流。预热区温度上升速度过快，时间过短，使焊膏内部的水分和溶剂未完全挥发出来，到达回流焊温区时，引起水分、溶剂沸腾，溅出锡珠。实践证明，将预热区温度的上升速度控制在1～4℃/s是较理想的。
(2) 如果总在同一位置上出现锡珠，就有必要检查金属模板设计结构。模板开口尺寸腐蚀精度达不到要求，焊盘尺寸偏大，以及表面材质较软(如铜模板)，会造成印刷焊膏的外形轮廓不清晰，互相桥接，这种情况多出现在对细间距器件的焊盘印刷时，回流焊后必然造成引脚间大量锡珠的产生。因此，应针对焊盘图形的不同形状和中心距，选择适宜的模板材料及模板制作工艺来保证焊膏印刷质量。
(3) 如果从贴片至回流焊的时间过长，则因焊膏中焊料粒子的氧化，焊剂变质、活性降低，会导致焊膏不回流，产生锡珠。选用工作寿命长一些的焊膏(我们认为至少4h)，则会减轻这种影响。
(4) 另外，焊膏错印的印制板清洗不充分，会使焊膏残留于印制板表面及通孔中。回流焊之前，贴放元器件时，使印刷焊膏变形。这些也是造成锡珠的原因。因此应加强操作者和工艺人员在生产过程中的责任心，严格遵照工艺要求和操作规程进行生产，加强工艺过程的质量控制。 6.2 立片问题(曼哈顿现象) 形片式元件的一端焊接在焊盘上，而另一端则翘立，这种现象就称为曼哈顿现象，见图6.5。引起这种现象的主要原因是元件两端受热不均匀，焊膏熔化有先后所致。在以下情况会造成元件两端受热不均匀: 图6.5 立片现象 图6.6 元件偏离焊盘故两侧受力不平衡产生立片现象 。
(1)元件排列方向设计不正确。我们设想在回流焊炉中有一条横跨炉子宽度的回流焊限线，一旦焊膏通过它就会立即熔化，如图6.7所示。片式矩形元件的一个端头先通过回流焊限线，焊膏先熔化，完全浸润元件端头的金属表面，具有液态表面张力;而另一端未达到183℃液相温度，焊膏未熔化，只有焊剂的粘接力，该力远小于回流焊焊膏的表面张力，因而，使未熔化端的元件端头向上直立。因此，应保持元件两端同时进入回流焊限线，使两端焊盘上的焊膏同时熔化，形成均衡的液态表面张力，保持元件位置不变。 图6.7 焊盘一侧锡青末熔化．两焊盘张力不平衡就会出现立碑。
(2)在进行汽相焊接时印制电路组件预热不充分。汽相焊是利用惰性液体蒸汽冷凝在元件引脚和PCB焊盘上时，释放出热量而熔化焊膏。汽相焊分平衡区和饱和蒸汽区，在饱和蒸汽区焊接温度高达217℃，在生产过程中我们发现，如果被焊组件预热不充分，经受100℃以上的温差变化，汽相焊的汽化力很容易将小于1206封装尺寸的片式元件浮起，从而产生立片现象。我们通过将被焊组件在高低温箱内145～150℃的温度下预热1～2min，然后在汽相焊的平衡区内再预热1min左右，最后缓慢进入饱和蒸汽区焊接，消除了立片现象。
(3)焊盘设计质量的影响。若片式元件的一对焊盘尺寸不同或不对称，也会引起印刷的焊膏量不一致，小焊盘对温度响应快，其上的焊膏易熔化，大焊盘则相反，所以，当小焊盘上的焊膏熔化后，在焊膏表面张力作用下，将元件拉直竖起。焊盘的宽度或间隙过大，也都可能出现立片现象。严格按标准规范进行焊盘设计是解决该缺陷的先决条件。 6.3 桥接 桥接也是SMT生产中常见的缺陷之一，它会引起元件之间的短路，遇到桥接必须返修。桥接这发生的过程。
(1)焊膏质量问题 锡膏中金属含量偏高，特别是印刷时间过久后．易出现金属含量增高；焊膏黏度低，预热后漫流到焊盘外；焊膏塌落度差，预热后汉漫到焊盘外，均会导致IC引脚桥接。 解决办法是调整锡膏。
(2)印刷系统 印刷机重复精度差，对位不齐，锡膏印刷到银条外，这种情况多见于细间距QFP生产；钢板对位不好和PCB对位不好以及钢板窗口尺寸／厚度设计不对与PCB焊盘设计合金镀层不均匀，导致的锡膏量偏多，均会造成桥接。 解决方法是调整印刷机，改善PCB焊盘涂覆层。
(3)贴放 贴放压力过大，锡膏受压后浸沉是生产中多见的原因，应调整Z轴高度。若有贴片精度不够，元件出现移位及IC引脚变形，则应针对原因改进。
(4)预热 升温速度过快，锡膏中溶剂来不及挥发。 6.4 吸料／芯吸现象 芯吸现象又称抽芯现象是常见焊接缺陷之一如图6.8，多见于汽相回流焊中。芯吸现象是焊料脱离焊盘沿引脚上行到引脚与芯片本体之间，会形成严重的虚焊现象。 图6.8 芯吸现象 产生的原因通常认为是元件引脚的导热率大．升温迅速，以致焊料优先润湿引脚，焊料与引脚之间的润湿力远大于焊料与焊盘之间的润湿力，引脚的上翘更会加剧芯吸现象的发生。在红外回流焊中，PCB基材与焊料中的有机助焊剂是红外线的优良吸收介质，而引脚却能部分反射红外线，相比而言，焊料优先熔化，它与焊盘的润湿力大于它与引脚之间的润湿力，故焊料不会沿引脚上升，发生芯吸现象的概率就小很多。 解决办法是：在汽相回流焊时应首先将SMA充分预热后再放入汽相炉中；应认真检查和保证PCB板焊盘的可焊性，可焊性不好的PCB不应用于生产；元件的共面性不可忽视，对共面性不良的器件不应用于生产。 6.5 焊接后印制板阻焊膜起泡 印制板组件在焊接后，会在个别焊点周围出现浅绿色的小泡，严重时还会出现指甲盖大小的泡状物，不仅影响外观质量，严重时还会影响性能，是焊接工艺中经常出现的问题之一。 阻焊膜起泡的根本原因，在于阻焊膜与阳基材之间存在气体/水蒸气。微量的气体/水蒸气会夹带到不同的工艺过程，当遇到高温时，气体膨胀，导致阻焊膜与阳基材的分层。焊接，焊盘温度相对较高，故气泡首先出现在焊盘周围。 现在加工过程经常需要清洗，干燥后再做下道工序，如腐刻后，应干燥后再贴阻焊膜，此时若干燥温度不够，就会夹带水汽进入下道工序。PCB加工前存放环境不好，湿度过高，焊接时又没有及时干燥处理；在波峰焊工艺中，经常使用含水的助焊剂，若PCB预热温度不够，助焊剂中的水汽会沿通孔的孔壁进入到PCB基板的内部，焊盘周围首先进入水汽，遇到焊接高温后这些情况都会产生气泡。 解决办法是； (1)应严格控制各个环节，购进的PCB应检验后入库．通常标准情况下，不应出现起泡现象； (2)PCB应存放在通风干燥环境下，存放期不超过6个月； (3)PCB在焊接前应放在烘箱中预烘105℃／4h～6h； 6.6 PCB扭曲 PCB扭曲问题是SMT大生产中经常出现的问题，它会对装配及测试带来相当大的影响，因此在生产中应尽量避免这个问题的出现，PCB扭曲的原因有如下几种： (1) PCB本身原材料选用不当，PCB的Tg低，特别是纸基PCB，其加工温度过高，会使PCB变弯曲。 (2) PCB设计不合理，元件分布不均会造成PCB热应力过大，外形较大的连接器和插座也会影响PCB的膨胀和收缩，乃至出现永久性的扭曲。 (3)双面PCB，若一面的铜箔保留过大(如地线)，而另一面铜箔过少，会造成两面收缩不均匀而出现变形。 (4)回流焊中温度过高也会造成PCB的扭曲。 针对上述原因，其解决办法如下：在价格和空间容许的情况下，选用Tg高的PCB或增加PCB的厚度，以取得最佳长宽比；合理设计PCB，双面的钢箔面积应均衡，在没有电路的地方布满钢层，并以网络形式出现，以增加PCB的刚度，在贴片前对PCB进行预热，其条件是105℃／4h；调整夹具或夹持距离，保证PCB受热膨胀的空间；焊接工艺温度尽可能调低；已经出现轻度扭曲时，可以放在定位夹具中，升温复位，以释放应力，一般会取得满意的效果。 6.7 IC引脚焊接后引脚开路/虚焊 IC引脚焊接后出现部分引脚虚焊，是常见的焊接缺陷，产生的原因很多，主要原因，一是共面性差，特别是QFP器件．由于保管不当，造成引脚变形，有时不易被发现(部分贴片机没有检查共面性的功能)，产生的过程如图6.9所示。 图6.9 共面性差的元件焊接后出现需焊 因此应注意器件的保管，不要随便拿取元件或打开包装。二是引脚可焊性不好。IC存放时间长，引脚发黄，可焊性不好也会引起虚焊，生产中应检查元器件的可焊性，特别注意比存放期不应过长(制造日期起一年内)，保管时应不受高温、高湿，不随便打开包装袋。三是锡膏质量差，金属含量低，可焊性差，通常用于QFP器件的焊接用锡膏，金属含量应不低于90％。四是预热温度过高，易引起IC引脚氧化，使可焊性变差。五是模板窗口尺寸小，以致锡膏量不够。通常在模板制造后，应仔细检查模板窗口尺寸，不应太大也不应太小，并且注意与PCB焊盘尺寸相配套。 6.8片式元器件开裂 在SMC生产中，片式元件的开裂常见于多层片式电容器(MLCC)，其原因主要是效应力与机械应力所致。 (1)对于MLCC类电容来讲，其结构上存在着很大的脆弱性，通常MLCC是由多层陶瓷电容叠加而成，强度低，极不耐受热与机械力的冲击。 (2)贴片过程中，贴片机z轴的吸放高度，特别是一些不具备z轴软着陆功能的贴片机，吸放高度由片式元件的厚度而不是由压力传感器来决定，故元件厚度的公差会造成开裂。 (3)PCB的曲翘应力，特别是焊接后，曲翘应力容易造成元件的开裂。 (4)一些拼板的PCB在分割时，会损坏元件。 预防办法是：认真调节焊接工艺曲线，特别是预热区温度不能过低；贴片时应认真调节贴片机z轴的吸放高度；应注意拼板的刮刀形状；PCB的曲翘度．特别是焊接后的曲翘度，应有针对性的校正，如是PCB板材质量问题，需另重点考虑。 6.9其他常见焊接缺陷 （1）差的润湿性 差的润湿性，表现在PCB焊盘吃锡不好或元件引脚吃锡不好。 产生的原因：元件引脚PCB焊盘已氧化/污染；过高的回流焊温度；锡膏的质量差。均会导致润湿性差，严重时会出现虚焊。 （2）锡量很少 锡量很少，表现在焊点不饱满，IC引脚根弯月面小。 产生原因：印刷模板窗口小；灯芯现象(温度曲线差)；锡膏金属含量低。这些均会导致锡量小，焊点强度不够。 （3）引脚受损 引脚受损，表现在器件引脚共面性不好或弯曲，直接影响焊接质量。 产生原因：运输／取放时碰坏。为此应小心地保管元器件，特别是FQFP。 （4）污染物覆盖了焊盘 污染物覆盖了焊盘，生产中时有发生。 产生原因：来自现场的纸片；来自卷带的异物；人手触摸PCB焊盘或元器件；字符图位置不对。因而生产时应注意生产现场的清洁，工艺应规范。 （5）锡膏量不足 锡膏量不足，生产中经常发生的现象。 产生原因：第一块PCB印刷/机器停止后的印刷；印刷工艺参数改变；钢板窗口堵塞；锡膏品质变坏。上述原因之一，均会引起锡音量不足，应针对性解决问题。 （6）锡膏呈角状 锡膏呈角状，生产中经常发生，且不易发现、严重时会连焊。 产生原因：印刷机的抬网速度过快；模板孔壁不光滑，易使锡膏呈元宝状。 7 总结 目前国内外已经对无铅焊接技术进行了大量的研究，对提出的多种无铅焊料包括Sn-Cu系列、Sn-Ag-Cu系列、Sn-Ag-Bi-Cu系列、Sn-Bi系列、Sn-Sb系列等都有较为深入的研究。国际工业研究会等电子行业协会对典型的合金材料例如Sn-Ag-Cu系列的几种合金比例也有推荐的工艺参数；一些有实力的企业更是在此研究成果的基础上进行反复试验研究对工艺参数不断优化，尽可能取得最大程度上的效益。本课题参照国内外文献资料和有关期刊，选择适当参数；并选定SMT相关网站中登出市场上符合工艺要求的回流焊设备组成无铅回流焊的工艺过程。最后对焊接过程中可能出现的焊接缺陷作出理论分析，并提出相对的解决方案。 本课题是工艺的理论研究，由于设备欠缺、更因为本人SMT方面知识的浅薄不全面，出现谬误在所难免。望各位批评指正，不胜感激。
❸ 无铅焊锡的温度多少
无铅焊接装配的基本工艺包括：a. 无铅PCB制造工艺；b. 在焊锡膏中应用的96.5Sn/3.5Ag和95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu共晶和近似共晶合金系统；c. 用于波峰焊应用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系统；d. 用于手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系统。尽管这些都是可行工艺，但具体实施起来还存在几个大问题，如原料成本仍然高于标准Sn/Pb工艺、对湿润度的限制有所增加、要求在波峰焊工艺中保持惰性空气状态(要有足量氮气)以及可能将回流焊温度升到极限温度范围(235～245℃之间)而提高了对各种元件的热性要求等等。 就无铅替代物而言，现在并没有一套获得普遍认可的规范，经过与该领域众多专业人士的多次讨论，我们得出下面一些技术和应用要求： 金属价格 许多装配厂商都要求无铅合金的价格不能高于63Sn/37Pb，但不幸的是现有的所有无铅替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上。在选择无铅焊条和焊锡丝时，金属成本是其中最重要的因素；而在制作焊锡膏时，由于技术成本在总体制造成本中所占比例相对较高，所以对金属的价格还不那么敏感。 熔点 大多数装配厂家(不是所有)都要求固相温度最小为150℃，以便满足电子设备的工作温度要求,最高液相温度则视具体应用而定。 波峰焊用焊条：为了成功实施波峰焊，液相温度应低于炉温260℃。 手工/机器焊接用焊锡丝：液相温度应低于烙铁头工作温度345℃。 焊锡膏：液相温度应低于回流焊温度250℃。对现有许多回流焊炉而言，该温度是实用温度的极限值。许多工程师要求最高回流焊温度应低于225～230℃，然而现在没有一种可行的方案来满足这种要求。人们普遍认为合金回流焊温度越接近220℃效果越好，能避免出现较高回流焊温度是最理想不过的，因为这样能使元件的受损程度降到最低，最大限度减小对特殊元件的要求，同时还能将电路板变色和发生翘曲的程度降到最低，并避免焊盘和导线过度氧化。 导电性好 这是电子连接的基本要求。 导热性好 为了能散发热能，合金必须具备快速传热能力。 较小固液共存温度范围 非共晶合金会在介于液相温度和固相温度之间的某一温度范围内凝固，大多数冶金专家建议将此温度范围控制在10℃以内，以便形成良好的焊点，减少缺陷。如果合金凝固温度范围较宽，则有可能会发生焊点开裂，使设备过早损坏。 低毒性 合金及其成分必须无毒，所以此项要求将镉、铊和汞排除在考虑范围之外；有些人也要求不能采用有毒物质所提炼的副产品，因而又将铋排除在外，因为铋主要来源于铅提炼的副产品。 具有良好的可焊性 在现有设备和免清洗型助焊剂条件下该合金应具备充分的润湿度，能够与常规免清洗焊剂一起使用。由于对波峰进行惰性处理的成本不太高，因此可以接受波峰焊加惰性环境的使用条件要求；但就SMT回流焊而言，合金最好要具备在空气下进行回流焊的能力，因为对回流焊炉进行惰性处理成本较高。 良好的物理特性(强度、拉伸度、疲劳度等) 合金必须能够提供63Sn/37Pb所能达到的机械强度和可靠性，而且不会在通孔器件上出现突起的角焊缝(特别是对固液共存温度范围较大的合金)。 生产可重复性/熔点一致性 电子装配工艺是一种大批量制造工艺，要求其重复性和一致性都保持较高的水平，如果某些合金的成分不能在大批量条件下重复制造，或者其熔点在批量生产时由于成分变化而发生较大变化，便不能给予考虑。3种以上成分构成的合金往往会发生分离或成分变化，使得熔点不能保持稳定，合金的复杂程度越高，其发生变化的可能性就越大。 焊点外观 焊点的外观应与锡/铅焊料接近，虽然这并非技术性要求，但却是接受和实施替代方案的实际需要。 供货能力 当试图为业界找出某种解决方案时，一定要考虑材料是否有充足的供货能力。从技术的角度而言，铟是一种相当特别的材料，但是如果考虑全球范围内铟的供货能力，人们很快就会将它彻底排除在考虑范围之外。 另外业界可能更青睐标准合金系统而不愿选专用系统，标准合金的获取渠道比较宽，这样价格会比较有竞争性，而专用合金的供应渠道则可能受到限制，因此材料价格会大幅提高。 与铅的兼容性 由于短期之内不会立刻全面转型为无铅系统，所以铅可能仍会用在某些元件的端子或印刷电路板焊盘上。有些含铅合金熔点非常低，会降低连接的强度，如某种铋/锡/铅合金的熔点只有96℃，使得焊接强度大为降低。 金属及合金选择 在各种候选无铅合金中，锡(Sn)都被用作基底金属，因为它成本很低，货源充足，并具备理想的物理特性，如导电/导热性和润湿性，同时它也是63Sn/37Pb合金的基底金属。通常与锡配合使用的其它金属包括银(Ag)、铟(In)、锌(Zn)、锑(Sb)、铜(Cu)以及铋(Bi)。 之所以选择这些材料是因为它们与锡组成合金时一般会降低熔点，得到理想的机械、电气和热性能。表1列出了各种金属的成本、密度、年生产能力和供货方面的情况，另外在考察材料的供货能力时，将用量因素加在一起作综合考虑得出的结果会更加清晰，例如现在电子业界每年63Sn/37Pb的消耗量在4.5万吨左右，其中北美地区用量约为1.6万吨，此时只要北美有3%的装配工厂采用含铟20%的锡/铟无铅合金，其铟消耗量就将超过该金属的全球生产能力。 近5年来业界推出了一系列合金成分建议，幷且对这些无铅替代方案进行了评估。备选方案总数超过75个，但是主要方案则可以归纳为不到15个。面对所有候选合金，我们采用一些技术规范将选择缩到一个较小的范围内便于进行挑选。 铟 铟可能是降低锡合金熔点的最有效成分，同时它还具有非常良好的物理和润湿性质，但是铟非常稀有，因此大规模应用太过昂贵。基于这些原因，含铟合金将被排除在进一步考虑范围之外。虽然铟合金可能在某些特定场合是一个比较好的选择，但就整个业界范围而言则不太合适，另外差分扫描热量测定也显示77.2Sn/20In/2.8Ag合金的熔点很低，只有114℃，所以也不太适合某些应用。 锌 锌非常便宜，几乎与铅的价格相同，并且随时可以得到，同时它在降低锡合金的熔点方面也具有非常高的效率。就锌而言，其主要缺点在于它会与氧气迅速发生反应，形成稳定的氧化物，在波峰焊过程中，这种反应的结果是产生大量锡渣，而更严重的是所形成的稳定氧化物将导致润湿性变得非常差。也许通过惰性化或特种焊剂配方可以克服这些技术障碍，但现在人们要求在更大的工艺范围内对含锌方案进行论证，因此锌合金在今后考虑过程中也会被排除在外。 铋 铋在降低锡合金固相温度方面作用比较明显，但对液相温度却没有这样的效果，因此可能会造成较大的固液共存温度范围，而凝固温度范围太大将导致焊脚提升。铋具有非常好的润湿性质和较好的物理性质，但铋的主要问题是锡/铋合金遇到铅以后其形成的合金熔点会比较低，而在元件引脚或印刷电路板的焊盘上都会有铅存在，锡/铅/铋的熔点只有96℃，很容易造成焊点断裂。另外铋的供货能力可能会因铅产量受到限制而下降，因为现在铋主要还是从铅的副产品中提炼出来，如果限制使用铅，则铋的产量将会大大减少。尽管我们也能通过直接开采获取铋，但这样成本会比较高。基于这些原因，铋合金也被排除在外。 四种和五种成分合金 由四种或五种金属构成的合金为我们提供了一系列合金成分组合形式，各种可能性不胜枚举。与双金属合金系统相比，大多数四或五金属合金可以大幅降低固相温度，但对降低液相温度却可能无所作为，因为大部分四或五金属合金都不是共晶材料，这意味着在不同的温度下会形成不同的金相形式，其结果就是回流焊温度不可能比简单双金属系统所需的低。 另外一个问题是合金成分时常会发生变动，因此熔点也会变，这在四或五金属合金中会经常遇到。由三种金属组成的合金很难在焊锡膏内的锡粉中实现“同批”和“逐批”一致，在四种和五种金属组成的合金中实现同样的一致性其复杂和困难程度更大。 所以多元合金将被排除在进一步考虑范围之外，除非某种多元合金成分具有比二元系统更好的特性。但就目前来看，业界还没有找到哪种四或五金属合金比二元或三元替代方案更好(无论在成本上还是性能上)。 表2列出一些主要无铅替代方案，以及最终选用或不选用的原因，表中包括了单位重量价格、单位体积价格(对焊锡膏而言单位体积价格更具成本意义)以及熔点等信息，这些合金按照其液相温度递增顺序排列。现根据每种焊接应用的特殊要求分别选出合适的合金。 先考虑焊条(波峰焊)和焊线(手工和机器焊接)。 对波峰焊用焊条的要求包括：a. 能在最高260℃锡炉温度下进行连续焊接；b. 焊接缺陷(漏焊、桥接等)少；c. 成本尽可能低；d. 不会产生过多焊渣。 结果所有选中的合金都符合波峰焊要求，但99.3Sn/0.7Cu和95Sn/5Sb合金与其它替代方案相比能够节省更多成本。比较而言，99.3Sn/0.7Cu的液相温度比Sn/Sb合金低13℃，因此99.3Sn/0.7Cu成为波峰焊最佳候选方案。 手工焊用锡线的要求与上面焊条应用非常相似，成本考虑仍然居于优先地位，同时也要求能够提供较好的润湿和焊接能力。焊线用合金必须能够很容易地拉成丝线，而且能用345～370℃的烙铁头进行焊接，99.3Sn/0.7Cu合金可以满足这些要求。 与焊条和焊线相比，焊锡膏较少考虑合金成本，因为金属成本在使用焊锡膏的制造流程总成本中所占比重较少，选择焊锡膏合金的主要要求是尽量降低回流焊温度。考察表中所列合金，可以发现液相温度最低的是95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu(熔点217～218℃)和96.5Sn/3.5Ag(熔点221℃)。 这两种合金都是较为合适的选择并各具特点，相比之下Sn/Ag/Cu合金的液相温度更低(虽然只有4℃)，而Sn/Ag合金则表现出更强的一致性和可重复制造性，并已在电子业界应用多年，一直保持很好的可靠性。有些主要跨国公司已经选择共晶Sn/Ag合金进行评估作为无铅替代方案，大多数大型跨国公司也开始对Sn/Ag/Cu合金作初步高级测试。 实测评估结果 波峰焊评测 将99.3Sn/0.7Cu合金装入标准Electrovert Econopak Plus波峰焊机进行测试，这种波峰焊机配备有USI超声波助焊剂喷涂系统、Vectaheat对流式预热和“A”波CoN2tour惰性系统。测试在两种无铅印刷电路板上进行：带OSP涂层的裸铜板和采用浸银抛光的裸铜板(Alpha标准)，两种电路板都采用固态含量2%且不含VOC的免清洗助焊剂(NR300A2)。另外作为对照，将同样的电路板在相同设备上采用相同条件进行焊接，只是焊料用传统63Sn/37Pb合金。 通过实验可得出以下结论： 如果采用99.3Sn/0.7Cu合金，则有必要对波峰焊机进行惰性处理以确保得到适当的润湿度，但不需要对波峰焊机或风道进行完全惰性处理，用CoN2tour公司的边界惰性焊接系统即已足够。 使用99.3Sn/0.7Cu焊接的电路板外观与用63Sn/37Pb合金焊接的电路板没有区别，焊点的光亮程度、焊点成型、焊盘润湿和通孔上端上锡情况也基本一样。 与Sn/Pb合金相比，Sn/Cu合金的桥接现象较少，但由于测试的条件有限，因此对这一点还需要作更进一步的研究。 99.3Sn/0.7Cu合金在260℃温度条件下焊接非常成功，在245℃条件下也没有问题。 采用Sn/Cu合金的几个星期内铜的含量没有发生变化，之所以关注这一问题，是因为铜在锡中的溶解度很低，而且与温度有很大关系。在大批量生产中，电路板的铜吸收情况与用Sn/Pb合金时相同。 印制和回流焊评测 针对Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金开发了一种新的助焊剂，以便在更高回流焊温度下得到较好的润湿效果，因为回流焊温度较高时(比常规回流焊温度高20℃)要求助焊剂中的活性剂应具备更高的热稳定性。另外如果在空气中工作，回流焊温度较高还可能使普通免清洗助焊剂变色，所以这种助焊剂对高温要有很强的承受能力。在95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金中使用UP系列焊锡膏时，即使空气温度达到240℃，它也不会变为棕色或琥珀色。 UP系列焊锡膏在印刷测试中表现非常好，测试时采用的是MPM UP2000印刷机，印刷条件包括6mil厚激光切割网板、印刷速度25mm/秒、网板开口间距16～50mil以及接触式印刷，焊膏印出的轮廓非常清晰且表现出良好的脱模性能。另外这种焊锡膏在中止印刷后(停放超过一小时)再开始使用时无需进行搅拌，其网板使用寿命在8小时以上，粘性也可保持8小时。 回流焊采用Electrovert Omniflo七温区回焊炉，在空气环境下进行焊接。回焊曲线如图1，从图中可看出温度在200秒时间里以近似线性的速率上升到240℃，温度高于熔点(221℃)的时间为45秒。 得出结论如下： UP系列焊锡膏95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 88-3-M13表现出良好的印刷性。 无铅焊锡膏能提供良好的粘力且能保持足够的时间。 对测试板而言，95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金所需的240℃最高温度是可以接受的。 回流焊无需氮气也能取得很好效果。 焊点光亮度好，与标准Sn/Pb合金相同。 助焊剂残留物外观(颜色及透明度)比采用Sn/Pb合金及普通助焊剂在标准热风回流焊(峰值温度220℃，高于183℃的时间为45秒)后的情形好得多。 润湿和扩散特性与Sn/Pb标准合金相同。 当使用没有阻焊膜的裸FR-4板子时，过高的回流焊温度会使线路板出现严重变色(变深)，浅绿色阻焊膜会使变色看起来较轻，中/深绿色阻焊膜则使变色基本上看不出来。 有些元件经高温回流焊后会出现变色和氧化迹象，将这种无铅焊料用于两面都有表面安装器件的电路板上时，建议在回流焊后再安装需作波峰焊接的底面SMD器件，以免过度受热影响可焊性。 用UP系列96.5Sn/3.5Ag合金进行的测试所获结果相似，只是回流温度提高了3～5℃。 其它特性 选择一种简单普通二元合金的最大好处在于它已经完成了大量测试且已被广泛接受，如96.5Sn/3.5Ag合金已在某些电子领域应用了很长的时间。95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu现正接受同样严格的测试，并在一些地方显示出非常相似的性能和优点。 福特汽车公司对使用Sn/Ag合金的测试板和实际电子组件进行了热循环试验(-40℃～140℃)，已完成全面热疲劳测试研究，另外他们还将无铅组件用于整车中，测试结果显示Sn/Ag合金的可靠性与Sn/Pb合金相差无几甚至更好。摩托罗拉公司也已经完成了Sn/Ag和Sn/Pb合金的热循环和振动研究，测试表明Sn/Ag合金完全合格，其它OEM厂商在各自的Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金研究中也得到了类似的结论。 根据研究结果，Sn/Ag和Sn/Pb在导电性、表面张力、导热性和热膨胀系数等各方面所取得结果大致相当(见表3)。 本文结论 通过上述讨论，我们可以得到一个实际可行的标准无铅焊接工艺，其基本内容包括： 对焊锡膏应用而言，可将95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu或96.5Sn/3.5Ag合金与UP系列助焊剂配合使用。 对波峰焊应用而言，焊锡条可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 对手工/机器焊接而言，焊锡线可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 虽然上述方案还未能达到研究无铅替代方案工程师们所确定的每项目标，但基本上能令人满意，该方案最大限制在于96.5Sn/3.5Ag合金所要求的回流焊温度比Sn/Pb合金的要高20～30℃，因此回流焊对元件的要求也有所提高。元器件供应商应与电子装配厂密切合作以解决高温回流焊带来的种种问题。 随着新技术的发展，将来还会有更多更好的替代方案推出，这里讨论的系统最大价值在于其它复杂系统可以根据它提供的标准进行参照比较。在考察更加复杂的系统之前，应多问下面一些可以定量回答的问题： 焊锡膏 1. 新的合金系统是否能将回流焊温度降至与Sn/Ag合金差不多的程度(Sn/Ag合金最低回流焊温度为240℃，而95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金的最低回流焊温度则为235℃)？ 2. 与Sn/Ag或Sn/Ag/Cu合金相比，金属和焊锡膏的成本如何？ 3. 合金中各材料有没有技术参数限制？各材料在技术参数范围内变化时其固相和液相温度的变化情况如何？ 焊条 1. 合金的成本如何？与Sn/Cu合金比较哪一个更贵？ 2. 合金是否具有Sn/Cu合金所没有的优点？
❹ smt回流焊炉作用
回流焊炉的主要作用是融锡的过程
勤思科技的台式回流焊炉的主要工作流程如下，可以看一下哦，希望能对你有多帮助：
在箱式的回焊炉中通常设置五个温度段来模拟链条输送式回流焊回焊炉的五个温区。为了保证SMT的PCB板不同要求，来设计的各个温度段的温度点和相应的时间。为了更好地说明各个温度段的要求和作用，现分开各温度段来描述。
1：预热段的目的和作用
目的是把贴好元件PCB板加热到120-150℃左右，在这个温度下PCB板的水分可以得到充分蒸发，并同时可以消除PCB板内部的应力和部分残留气体，为加热段做提前加热。预热段的时间一般控制在1-5分钟。具体的情况看板的大小和元器件的多少而定。
2：加热段的目的和作用
通过预热段处理后的PCB板，要在加热段的过程中激活锡浆中的助焊剂，并在助焊剂的作用下去除锡浆里面和元器件表面的氧化物。为焊接过程做好准备。在这一阶段中Sn63%-Pb37%锡-铅配方有铅中温合金钎料和Sn95%-Ag3%-Cu2%锡-银-铜配方贵金属无铅合金钎料的温度通常设置在180-230℃之间。时间控制在1-3分钟。目的是助焊剂能够充分激活，并能很好地去除焊盘和钎料氧化物。
在以下的溶点温度低于160℃以下的低温钎料配方中Sn42%-Bi58%锡-铋配方的低温无铅钎料，Sn43%-Pb43%-Bi14%锡-铅-铋配方有铅低温钎料。Sn48%-In52%锡-铟配方无铅低温钎料，可以把加热段的温度设置在120-180左右。时间控制在1-3分钟。
中温的有铅合金钎料一般设置在180-220℃。高温的无铅合金钎料一般设置在220-250℃之间。如果你手头上有所用钎料和锡浆资料的话，加热段的温度可以设置在低于锡浆的溶化温度点的10℃左右为最佳。
3：焊接段的目的和作用
焊接段的主要目的是完成SMT的焊接过程，由于此阶段是在整个回焊过程中的最高温段，极容易损伤达不到温度要求的元器件。此过程也是一个回焊的完善过程，焊锡的物理和化学的变化量最大，溶化的焊锡极容易在高温的空气中氧化。此阶段一般是根据锡浆资料提供的溶化温度高30-50℃左右。不管有铅或无铅的钎料，我们一般把它分为低温钎料（150-180℃）、中温钎料（190-220℃）、高温钎料（230-260℃）。现在普遍使用的无铅钎料为高温钎料，低温钎料一般为贵金属的无铅钎料和特殊要求的低温有铅焊料，在通用的电子产品中比较少见，多用于特殊要求的电子设备上。而有铅的中温钎料有优异的电气性能、物理机械性能、耐冷热冲击性能、抗氧化性能。这些性能目前的各种无铅钎料还无法替代，所以在通用的电子产品中还大量使用。
此阶段的时间一般是根据下面的几个要求进行设定。焊锡在高温熔化后显示为液态，所有的SMT元件会浮在液态焊锡的表面，在助焊剂和液态表面张力的作用下，浮动的元器件会移到焊盘的中心，会有自动归正的作用。另外在助焊剂的湿润下焊锡会和预案件的表面金属形成合金层。渗透到元件结构组织里面，形成理想的钎焊结构，时间一般设在10-30s左右，大面积和有较大元件遮阴面的PCB板应设置较长的时间；小面积的少零件的PCB板一般设置时间较短就可以了。为了保证回焊质量尽可能地缩短这个阶段的时间，这样有利于保护元器件。
4：保温段的目的和作用
保温段的作用是让高温液态焊锡凝固成固态的焊接点，凝固质量的好坏直接影响到焊锡的晶体结构和机械性能，太快的凝固时间会使焊锡形成结晶粗糙，焊点不光洁，机械物理性能下降。在高温和机械的冲击下焊接点容易开裂失去机械连接和电气连接作用，产品的耐久性降低。我们采用的是停止加热，用余温保温一短时间。让焊锡在温度缓慢下降过程中凝固并结晶良好，这个温度点一般设置在比焊锡溶点低10-20℃左右，利用自然降温时间的设置，下降到这个温度点后就可以进入冷却段。
5：冷却段的目的和作用
冷却段的作用比较简单，通常是冷却到不会烫人的温度就可以了。但为了加快操作流程，也可以下降到150℃以下时结束该过程。但取出焊好的PCB板时，要用工具或用手带、耐温手套取出以防烫伤。
❺ SMT的含义
SMT 什么是SMT
SMT就是表面组装技术（表面贴装技术）（Surface Mounted Technology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。
SMT有何特点
组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。
可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。
高频特性好。减少了电磁和射频干扰。
易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。 节省材料、能源、设备、人力、时间等。
[编辑本段]为什么要用SMT
电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小
电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件
产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力
电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用
电子科技革命势在必行，追逐国际潮流
[编辑本段]SMT 基本工艺构成要素
印刷（或点胶）--> 贴装 --> （固化） --> 回流焊接 --> 清洗 --> 检测 --> 返修
印刷：其作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为印刷机（锡膏印刷机），位于SMT生产线的最前端。
点胶：因现在所用的电路板大多是双面贴片，为防止二次回炉时投入面的元件因锡膏再次熔化而脱落，故在投入面加装点胶机，它是将胶水滴到PCB的固定位置上，其主要作用是将元器件固定到PCB板上。所用设备为点胶机，位于SMT生产线的最前端或检测设备的后面。有时由于客户要求产出面也需要点胶， 而现在很多小工厂都不用点胶机，若投入面元件较大时用人工点胶。
贴装：其作用是将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中印刷机的后面。
固化：其作用是将贴片胶融化，从而使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为固化炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。
回流焊接：其作用是将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面。
清洗：其作用是将组装好的PCB板上面的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去。所用设备为清洗机，位置可以不固定，可以在线，也可不在线。
检测：其作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪（ICT）、飞针测试仪、自动光学检测（AOI）、X-RAY检测系统、功能测试仪等。位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方。
返修：其作用是对检测出现故障的PCB板进行返工。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在生产线中任意位置。
SMT 之 IMC
IMC系Intermetallic compound 之缩写，笔者将之译为”介面合金共化物”。广义上说是指某些金属相互紧密接触之介面间，会产生一种原子迁移互动的行为，组成一层类似合金的”化合物”，并可写出分子式。在焊接领域的狭义上是指铜锡、金锡、镍锡及银锡之间的共化物。其中尤以铜锡间之良性Cu6Sn5(Eta Phase)及恶性Cu3Sn(Epsilon Phase)最为常见，对焊锡性及焊点可靠度(即焊点强度)两者影响最大，特整理多篇论文之精华以诠释之
一、定义
能够被锡铅合金焊料(或称焊锡Solder)所焊接的金属，如铜、镍、金、银等，其焊锡与被焊底金属之间，在高温中会快速形成一薄层类似”锡合金”的化合物。此物起源于锡原子及被焊金属原子之相互结合、渗入、迁移、及扩散等动作，而在冷却固化之后立即出现一层薄薄的”共化物”，且事后还会逐渐成长增厚。此类物质其老化程度受到锡原子与底金属原子互相渗入的多少，而又可分出好几道层次来。这种由焊锡与其被焊金属介面之间所形成的各种共合物，统称Intermetallic Compound 简称IMC，本文中仅讨论含锡的IMC，将不深入涉及其他的IMC。
二、一般性质
由于IMC曾是一种可以写出分子式的”准化合物”，故其性质与原来的金属已大不相同，对整体焊点强度也有不同程度的影响，首先将其特性简述于下：
◎ IMC在PCB高温焊接或锡铅重熔(即熔锡板或喷锡)时才会发生，有一定的组成及晶体结构，且其生长速度与温度成正比，常温中较慢。一直到出现全铅的阻绝层(Barrier)才会停止(见图六)。
◎ IMC本身具有不良的脆性，将会损及焊点之机械强度及寿命，其中尤其对抗劳强度(Fatigue Strength)危害最烈，且其熔点也较金属要高。
◎ 由于焊锡在介面附近得锡原子会逐渐移走，而与被焊金属组成IMC，使得该处的锡量减少，相对的使得铅量之比例增加，以致使焊点展性增大(Ductillity)及固着强度降低，久之甚至带来整个焊锡体的松弛。
◎ 一旦焊垫商原有的熔锡层或喷锡层，其与底铜之间已出现”较厚”间距过小的IMC后，对该焊垫以后再续作焊接时会有很大的妨碍；也就是在焊锡性(Solderability)或沾锡性(Wettability)上都将会出现劣化的情形。
◎ 焊点中由于锡铜结晶或锡银结晶的渗入，使得该焊锡本身的硬度也随之增加，久之会有脆化的麻烦。
◎ IMC会随时老化而逐渐增厚，通常其已长成的厚度，与时间大约形成抛物线的关系，即：
δ＝k √t，
k＝k exp(－Q/RT)
δ表示t时间后IMC已成长的厚度。
K表示在某一温度下IMC
的生长常数。
T表示绝对温度。
R表示气体常数，
即8.32 J/mole。
Q表示IMC生长的活化能。
K＝IMC对时间的生长常数，
以nm / √秒或μm / √日(
1μm / √日＝3.4nm / √秒。
现将四种常见含锡的IMC在不同温度下，其生长速度比较在下表的数字中：
表1 各种IMC在不同温度中之生长速度(nm / √s)
金属介面 20℃ 100℃ 135℃ 150℃ 170℃
1. 锡 / 金 40
2. 锡 / 银 0.08 17-35
3. 锡 / 镍 0.08 1 5
4. 锡 / 铜 0.26 1.4 3.8 10
[注] 在170℃高温中铜面上，各种含锡合金IMC层的生长速率，也有所不同；如热浸锡铅为
5nm/s，雾状纯锡镀层为7.7(以下单位相同)，锡铅比30/70的皮膜为11.2，锡铅比70/30的皮膜为12.0，光泽镀纯锡为3.7，其中以最后之光泽镀锡情况较好。
三、焊锡性与表面能
若纯就可被焊接之底金属而言，影响其焊锡性(Solderability)好坏的机理作用甚多，其中要点之一就是”表面自由能”(Surface Free Energy，简称时可省掉Free)的大小。也就是说可焊与否将取决于：
(1) 被焊底金属表面之表面能(Surface Energy)，
(2) 焊锡焊料本身的”表面能”等二者而定。
凡底金属之表面能大于焊锡本身之表面能时，则其沾锡性会非常好，反之则沾锡性会变差。也就是说当底金属之表面能减掉焊锡表面能而得到负值时，将出现缩锡(Dewetting)，负值愈大则焊锡愈差，甚至造成不沾锡(Non-Wetting)的恶劣地步。
新鲜的铜面在真空中测到的”表面能”约为1265达因/公分，63/37的焊锡加热到共熔点(Eutectic Point 183℃)并在助焊剂的协助下，其表面能只得380达因/公分，若将二者焊一起时，其沾锡性将非常良好。然而若将上述新鲜洁净的铜面刻意放在空气中经历2小时后，其表面能将会遽降到25达因/公分，与380相减不但是负值(-355)，而且相去甚远，焊锡自然不会好。因此必须要靠强力的助焊剂除去铜面的氧化物，使之再活化及表面能之再次提高，并超过焊锡本身的表面能时，焊锡性才会有良好的成绩。
四、锡铜介面合金共化物的生成与老化
当熔融态的焊锡落在洁铜面的瞬间，将会立即发生沾锡(Wetting俗称吃锡)的焊接动作。此时也立即会有锡原子扩散(Diffuse)到铜层中去，而铜原子也同时会扩散进入焊锡中，二者在交接口上形成良性且必须者Cu6Sn5的IMC，称为η-phase(读做Eta相)，此种新生”准化合物”中含锡之重量比约占60%。若以少量的铜面与多量焊锡遭遇时，只需3-5秒钟其IMC即可成长到平衡状态的原度，如240℃的0.5μm到340℃的0.9μm。然而在此交会互熔的同时，底铜也会有一部份熔进液锡的主体锡池中，形成负面的污染。
(a) 最初状态：当焊锡着落在清洁的铜面上将立即有η-phase Cu6Sn5生成，即图中之(2)部分。
(b) 锡份渗耗期：焊锡层中的锡份会不断的流失而渗向IMC去组新的Cu6Sn5，而同时铜份也会逐渐渗向原有的η-phase层次中而去组成新的Cu3Sn，即图中之(5)。此时焊锡中之锡量将减少，使得铅量在比例上有所增加，若于其外表欲再行焊接时将会发生缩锡。
(c) 多铅之阻绝层：当焊锡层中的锡份不断渗走再去组成更厚的IMC时，逐渐使得本身的含铅比例增加，最后终于在全铅层的挡路下阻绝了锡份的渗移。
(d) IMC的曝露：由于锡份的流失，造成焊锡层的松散不堪而露出IMC底层，而终致到达不沾锡的下场(Non-wetting)。
高温作业后经长时老化的过程中，在Eta-phase良性IMC与铜底材之间，又会因铜量的不断渗入Cu6Sn5中，而逐渐使其局部组成改变为Cu3Sn的恶性ε-phase(又读做Epsilon相)。其中铜量将由早先η-phase的40%增加到ε-phase的66%。此种老化劣化之现象，随着时间之延长及温度之上升而加剧，且温度的影响尤其强烈。由前述”表面能”的观点可看出，这种含铜量甚高的恶性ε-phase，其表面能的数字极低，只有良性η-phase的一半。因而Cu3Sn是一种对焊锡性颇有妨碍的IMC。
然而早先出现的良性η-phase Cu6Sn5， 却是良好焊锡性必须的条件。没有这种良性Eta相的存在，就根本不可能完成良好的沾锡，也无法正确的焊牢。换言之，必需要在铜面上首先生成Eta-phase的IMC，其焊点才有强度。否则焊锡只是在附着的状态下暂时冷却固化在铜面上而已，这种焊点就如同大树没有根一样，毫无强度可言。锡铜合金的两种IMC在物理结构上也不相同。其中恶性的ε-phase(Cu3Sn)常呈现柱状结晶(Columnar Structure)，而良性的η-phase(Cu6Sn5)却是一种球状组织(Globular)。下图8此为一铜箔上的焊锡经长时间老化后，再将其弯折磨平抛光以及微蚀后，这在SEM2500倍下所摄得的微切片实像，两IMC的组织皆清晰可见，二者之硬度皆在500微硬度单位左右。
在IMC的增厚过程中，其结晶粒子(Grains)也会随时在变化。由于粒度的变化变形，使得在切片画面中量测厚度也变得比较困难。一般切片到达最后抛光完成后，可使用专门的微蚀液(NaOH
50/gl，加1，2-Nitrphenol 35ml/l，70℃下操作)，并在超声波协助下，使其能咬出清晰的IMC层次，而看到各层结晶解里面的多种情况。现将锡铜合金的两种IMC性质比较如下：
两种锡铜合金IMC的比较
命名 分子式 含锡量W% 出现经过 位置所在 颜色 结晶 性能 表面能η-phase(Eta) Cu6Sn5 60% 高温融锡沾焊到清洁铜面时立即生成 介于焊锡或纯锡与铜之间的介面
白色 球状
组织
良性IMC
微焊接强度之必须甚高
ε-phase(Epsilon) Cu3Sn 30% 焊后经高温或长期老化而逐渐发生
介于Cu6Sn5与铜面之间
灰色 柱状
结晶
恶性IMC
将造成缩锡或不沾锡 较低只有Eta的一半,非常有趣的是，单纯Cu6Sn5的良性IMC，虽然分子是完全相同，但当生长环境不同时外观却极大的差异。如将清洁铜面热浸于熔融态的纯锡中，此种锡量与热量均极度充足下，所生成的Eta良性IMC之表面呈鹅卵石状。但若改成锡铅合金(63/37)之锡膏与热风再铜面上熔焊时，亦即锡量与热量不太充足之环境，居然长出另一种一短棒状的IMC外表(注意铜与铅是不会产生IMC的，且两者之对沾锡(wetting)与散锡(Spreading)的表现也截然不同。再者铜锡之IMC层一旦遭到氧化时，就会变成一种非常顽强的皮膜，即使薄到5层原子厚度的1.5nm，再猛的助焊剂也都奈何不了它。这就是为什么PTH孔口锡薄处不易吃锡的原因(C.Lea的名着A scientific Guide to SMT之P.337有极清楚的说明)，故知焊点之主体焊锡层必须稍厚时，才能尽量保证焊锡性于不坠。事实上当”沾锡”(Wetting)之初，液锡以很小的接触角(Contact Angle)高温中迅速向外扩张(Spreading)地盘的同时，也另在地盘内的液锡和固铜之间产生交流，而向下扎根生成IMC，热力学方式之步骤，即在说明其假想动作的细节。
五、锡铜IMC的老化
由上述可知锡铜之间最先所形成的良性η-phase(Cu6Sn5)，已成为良好焊接的必要条件。唯有这IMC的存在才会出现强度好的焊点。并且也清楚了解这种良好的IMC还会因铜的不断侵入而逐渐劣化，逐渐变为不良的ε-phase(Cu3Sn)。此两种IMC所构成的总厚度将因温度上升而加速长厚，且与时俱增。下表3.即为各种状况下所测得的IMC总厚度。凡其总IMC厚度愈厚者，对以后再进行焊接时之焊锡性也愈差。
表3. 不铜温度中锡铜IMC之不同厚度
所处状况 IMC厚度(mils)
熔锡板(指炸油或IR) 0.03~0.04
喷锡板 0.02~0.037
170℃中烤24小时 0.22以上
125℃中烤24小时 0.046
70℃中烤24小时 0.017
70℃中存贮40天 0.05
30℃中存贮2年 0.05
20℃中存贮5年 0.05
组装之单次焊接后 0.01~0.02
图12. 锡铜IMC的老化增厚，除与时间的平方根成比例关系外，并受到环境温度的强烈影响，在斜率上有很大的改变。
在IMC老化过程中，原来锡铅层中的锡份不断的输出，用与底材铜共组成合金共化物，因而使得原来镀锡铅或喷锡铅层中的锡份逐渐减少，进而造成铅份在比例上的不断增加。一旦当IMC的总厚度成长到达整个锡铅层的一半时，其含锡量也将由原来的60%而降到40%，此时其沾锡性的恶化当然就不言而喻。并由底材铜份的无限量供应，但表层皮膜中的锡量却愈来愈少，因而愈往后来所形成的IMC，将愈趋向恶性的Cu3Sn。
且请务必注意，一旦环境超过60℃时，即使新生成的Cu6Sn5也开始转变长出Cu3Sn来。 一旦这种不良的ε-phase成了气候，则焊点主体中之锡不断往介面溜走，致使整个主体皮膜中的铅量比例增加，后续的焊接将会呈现缩锡(Dewetting)的场面。这种不归路的恶化情形，又将随着原始锡铅皮膜层的厚薄而有所不同，越薄者还会受到空气中氧气的助虐，使得劣化情形越快。故为了免遭此一额外的苦难，一般规范都要求锡铅皮膜层至少都要在0.3mil以上。
老化后的锡铅皮膜，除了不良的IMC及表面能太低，而导致缩锡的效应外，镀铜层中的杂质如氧化物、有机光泽剂等共镀物，以及锡铅镀层中有机物或其它杂质等，也都会朝向IMC处移动集中，而使得缩锡现象雪上加霜更形恶化。
从许多种前人的试验及报告文献中，可知有三种加速老化的模式，可以类比出上述两种焊锡性劣化及缩锡现象的试验如下∶
◎ 在高温饱和水蒸气中曝置1~24小时。
◎ 在125~150℃的乾烤箱中放置4~16小时。
◎ 在高温水蒸气加氧气的环境中放置1小时；之后仅在水蒸气中放置24小时；再另於155℃的乾烤箱中放置4小时；及在40℃，90~95%RH环境中放置10天。如此之连续折腾
约等於1年时间的自然老化。 在经此等高温高湿的老化条件下，锡铅皮膜表面及与铜之介面上会出现氧化、腐蚀，及锡原子耗失(Depletion)等，皆将造成焊锡性的劣化。
六、锡金IMC
焊锡与金层之间的IMC生长比铜锡合金快了很多，由先后出现的顺序所得的分子式有AuSn
，AuSn2，AuSn4等。在150℃中老化300小时后，其IMC居然可增长到50μm(或2mil)之厚。因而镀金零件脚经过焊锡之后，其焊点将因IMC的生成太快，而变的强度减弱脆性增大。幸好仍被大量柔软的焊锡所包围，故内中缺点尚不曝露出来。又若当金层很薄时，例如是把薄金层镀在铜面上再去焊锡，则其焊点强度也很快就会变差，其劣化程度可由耐疲劳强度试验周期数之减少而清楚得知。
曾有人故意以热压打线法(Thermo-Compression，注意所用温度需低于锡铅之熔点)将金线压入焊锡中，于是黄金就开始向四周的焊锡中扩散，逐渐形成如图中白色散开的IMC。该金线原来的直径为45μm，经155℃中老化460小时后，竟然完全消耗殆尽，其效应实在相当惊人。但若将金层镀在镍面上，或在焊锡中故意加入少许的铟，即可大大减缓这种黄金扩散速度达5倍之多。
七、锡银IMC
锡与银也会迅速的形成介面合金共化物Ag3Sn，使得许多镀银的零件脚在焊锡之后，很快就会发生
银份流失而进入焊锡之中，使得银脚焊点的结构强度迅速恶化，特称为”渗银Silver leaching”。此种焊后可靠性的问题，曾在许多以钯层及银层为导体的“厚膜技术”(Thick Film Technology)中发生过，SMT中也不乏前例。若另将锡铅共融合金比例63/37的焊锡成分，予以小幅的改变而加入2%的银，使成为62/36/2的比例时，即可减轻或避免发生此一”渗银”现象，其焊点不牢的烦恼也可为之舒缓。最近兴起的铜垫浸银处理(Immersion Silver)，其有机银层极薄仅4-6μm而已，故在焊接的瞬间，银很快就熔入焊锡主体中，最后焊点构成之IMC层仍为铜锡的Cu6Sn5，故知银层的功用只是在保护铜面而不被氧化而已，与有机护铜剂(OSP)之Enetk极为类似，实际上银本身并未参加焊接。
八、锡镍IMC
电子零件之接脚为了机械强度起见，常用黄铜代替纯铜当成底材。但因黄铜中含有多量的锌，对于焊锡性会有很大的妨碍，故必须先行镀镍当成屏障(Barrier)层，才能完成焊接的任务。事实上这只是在焊接的瞬间，先暂时达到消灾避祸的目的而已。因不久后镍与锡之间仍也会出现IMC，对焊点强度还是有不良的影响。
表4. 各种IMC在扩散系数与活化能方面的比较
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
在一般常温下锡与镍所生成的IMC，其生长速度与锡铜IMC相差很有限。但在高温下却比锡铜合金要慢了很多，故可当成铜与锡或金之间的阻隔层(Barrier Layer)。而且当环境温度不同时，其IMC的外观及组成也各不相同。此种具脆性的IMC接近镍面者之分子视为Ni3Sn4，接近锡面者则甚为分歧难以找出通式，一般以NiSn3为代表。根据一些实验数据，后者生长的速度约为前者的三倍。又因镍在空气非常容易钝化(Passivation)，对焊锡性也会出现极其不利的影响，故一般在镍外表还要镀一层纯锡，以提高焊锡性。若做为接触(Contact)导电用途时，则也可镀金或银。
九、结论
各种待焊表面其焊锡性的劣化，以及焊点强度的减弱，都是一种自然现象。正如同有情世界的生老病死及无情世界的颓蚀风化一样均迟早发生，无法避免。了解发生的原因与过程之后，若可找出改善之道以延长其使用年限，即为上上之策矣。
❻ 谁知道无铅焊锡的操作方法及使用温度
台锡无铅焊接装配的基本工艺包括：
无铅PCB制造工艺；b. 在焊锡膏中应用的96.5Sn/3.5Ag和95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu共晶和近似共晶合金系统；c. 用于波峰焊应用的99.3Sn/0.7Cu共晶合金系统；d. 用于手工焊接的99.3Sn/0.7Cu合金系统。
尽管这些都是可行工艺，但具体实施起来还存在几个大问题，如原料成本仍然高于标准Sn/Pb工艺、对湿润度的限制有所增加、要求在波峰焊工艺中保持惰性空气状态(要有足量氮气)以及可能将回流焊温度升到极限温度范围(235～245℃之间)而提高了对各种元件的热性要求等等。 就无铅替代物而言，现在并没有一套获得普遍认可的规范，经过与该领域众多专业人士的多次讨论，我们得出下面一些技术和应用要求： 金属价格 许多装配厂商都要求无铅合金的价格不能高于63Sn/37Pb，但不幸的是现有的所有无铅替代物成本都比63Sn/37Pb高出至少35%以上。
在选择无铅焊条和焊锡丝时，金属成本是其中最重要的因素；而在制作焊锡膏时，由于技术成本在总体制造成本中所占比例相对较高，所以对金属的价格还不那么敏感。 熔点 大多数装配厂家(不是所有)都要求固相温度最小为150℃，以便满足电子设备的工作温度要求,最高液相温度则视具体应用而定。 波峰焊用焊条：为了成功实施波峰焊，液相温度应低于炉温260℃。
手工/机器焊接用焊锡丝：液相温度应低于烙铁头工作温度345℃。
焊锡膏：液相温度应低于回流焊温度250℃。对现有许多回流焊炉而言，该温度是实用温度的极限值。许多工程师要求最高回流焊温度应低于225～230℃，然而现在没有一种可行的方案来满足这种要求。人们普遍认为合金回流焊温度越接近220℃效果越好，能避免出现较高回流焊温度是最理想不过的，因为这样能使元件的受损程度降到最低，最大限度减小对特殊元件的要求，同时还能将电路板变色和发生翘曲的程度降到最低，并避免焊盘和导线过度氧化。 导电性好 这是电子连接的基本要求。 导热性好 为了能散发热能，合金必须具备快速传热能力。 较小固液共存温度范围 非共晶合金会在介于液相温度和固相温度之间的某一温度范围内凝固，大多数冶金专家建议将此温度范围控制在10℃以内，以便形成良好的焊点，减少缺陷。如果合金凝固温度范围较宽，则有可能会发生焊点开裂，使设备过早损坏。 低毒性 合金及其成分必须无毒，所以此项要求将镉、铊和汞排除在考虑范围之外；有些人也要求不能采用有毒物质所提炼的副产品，因而又将铋排除在外，因为铋主要来源于铅提炼的副产品。 具有良好的可焊性 在现有设备和免清洗型助焊剂条件下该合金应具备充分的润湿度，能够与常规免清洗焊剂一起使用。由于对波峰进行惰性处理的成本不太高，因此可以接受波峰焊加惰性环境的使用条件要求；但就SMT回流焊而言，合金最好要具备在空气下进行回流焊的能力，因为对回流焊炉进行惰性处理成本较高。 良好的物理特性(强度、拉伸度、疲劳度等) 合金必须能够提供63Sn/37Pb所能达到的机械强度和可靠性，而且不会在通孔器件上出现突起的角焊缝(特别是对固液共存温度范围较大的合金)。
生产可重复性/熔点一致性
电子装配工艺是一种大批量制造工艺，要求其重复性和一致性都保持较高的水平，如果某些合金的成分不能在大批量条件下重复制造，或者其熔点在批量生产时由于成分变化而发生较大变化，便不能给予考虑。3种以上成分构成的合金往往会发生分离或成分变化，使得熔点不能保持稳定，合金的复杂程度越高，其发生变化的可能性就越大。 焊点外观 焊点的外观应与锡/铅焊料接近，虽然这并非技术性要求，但却是接受和实施替代方案的实际需要。 供货能力 当试图为业界找出某种解决方案时，一定要考虑材料是否有充足的供货能力。从技术的角度而言，铟是一种相当特别的材料，但是如果考虑全球范围内铟的供货能力，人们很快就会将它彻底排除在考虑范围之外。 另外业界可能更青睐标准合金系统而不愿选专用系统，标准合金的获取渠道比较宽，这样价格会比较有竞争性，而专用合金的供应渠道则可能受到限制，因此材料价格会大幅提高。 与铅的兼容性 由于短期之内不会立刻全面转型为无铅系统，所以铅可能仍会用在某些元件的端子或印刷电路板焊盘上。有些含铅合金熔点非常低，会降低连接的强度， 如某种铋/锡/铅合金的熔点只有96℃，使得焊接强度大为降低。 金属及合金选择 在各种候选无铅合金中，锡(Sn)都被用作基底金属，因为它成本很低，货源充足，并具备理想的物理特性，如导电/导热性和润湿性，同时它也是63Sn/37Pb合金的基底金属。通常与锡配合使用的其它金属包括银(Ag)、铟(In)、锌(Zn)、锑(Sb)、铜(Cu)以及铋(Bi)。 之所以选择这些材料是因为它们与锡组成合金时一般会降低熔点，得到理想的机械、电气和热性能。 表1列出了各种金属的成本、密度、年生产能力和供货方面的情况，另外在考察材料的供货能力时，将用量因素加在一起作综合考虑得出的结果会更加清晰，例如现在电子业界每年63Sn/37Pb的消耗量在4.5万吨左右，其中北美地区用量约为1.6万吨，此时只要北美有3%的装配工厂采用含铟20%的锡/铟无铅合金，其铟消耗量就将超过该金属的全球生产能力。 近5年来业界推出了一系列合金成分建议，幷且对这些无铅替代方案进行了评估。备选方案总数超过75个，但是主要方案则可以归纳为不到15个。面对所有候选合金，我们采用一些技术规范将选择缩到一个较小的范围内便于进行挑选。 铟 铟可能是降低锡合金熔点的最有效成分，同时它还具有非常良好的物理和润湿性质，但是铟非常稀有，因此大规模应用太过昂贵。基于这些原因，含铟合金将被排除在进一步考虑范围之外。虽然铟合金可能在某些特定场合是一个比较好的选择，但就整个业界范围而言则不太合适，另外差分扫描热量测定也显示77.2Sn/20In/2.8Ag合金的熔点很低，只有114℃，所以也不太适合某些应用。 锌 锌非常便宜，几乎与铅的价格相同，并且随时可以得到，同时它在降低锡合金的熔点方面也具有非常高的效率。 就锌而言，其主要缺点在于它会与氧气迅速发生反应，形成稳定的氧化物，在波峰焊过程中，这种反应的结果是产生大量锡渣，而更严重的是所形成的稳定氧化物将导致润湿性变得非常差。也许通过惰性化或特种焊剂配方可以克服这些技术障碍，但现在人们要求在更大的工艺范围内对含锌方案进行论证，因此锌合金在今后考虑过程中也会被排除在外。 铋 铋在降低锡合金固相温度方面作用比较明显，但对液相温度却没有这样的效果，因此可能会造成较大的固液共存温度范围，而凝固温度范围太大将导致焊脚提升。铋具有非常好的润湿性质和较好的物理性质，但铋的主要问题是锡/铋合金遇到铅以后其形成的合金熔点会比较低，而在元件引脚或印刷电路板的焊盘上都会有铅存在，锡/铅/铋的熔点只有96℃，很容易造成焊点断裂。另外铋的供货能力可能会因铅产量受到限制而下降，因为现在铋主要还是从铅的副产品中提炼出来，如果限制使用铅，则铋的产量将会大大减少。 尽管我们也能通过直接开采获取铋，但这样成本会比较高。基于这些原因，铋合金也被排除在外。 四种和五种成分合金 由四种或五种金属构成的合金为我们提供了一系列合金成分组合形式，各种可能性不胜枚举。与双金属合金系统相比，大多数四或五金属合金可以大幅降低固相温度，但对降低液相温度却可能无所作为，因为大部分四或五金属合金都不是共晶材料，这意味着在不同的温度下会形成不同的金相形式，其结果就是回流焊温度不可能比简单双金属系统所需的低。 另外一个问题是合金成分时常会发生变动，因此熔点也会变，这在四或五金属合金中会经常遇到。由三种金属组成的合金很难在焊锡膏内的锡粉中实现“同批”和“逐批”一致，在四种和五种金属组成的合金中实现同样的一致性其复杂和困难程度更大。 所以多元合金将被排除在进一步考虑范围之外，除非某种多元合金成分具有比二元系统更好的特性。但就目前来看，业界还没有找到哪种四或五金属合金比二元或三元替代方案更好(无论在成本上还是性能上)。 表2列出一些主要无铅替代方案，以及最终选用或不选用的原因，表中包括了单位重量价格、单位体积价格(对焊锡膏而言单位体积价格更具成本意义)以及熔点等信息，这些合金按照其液相温度递增顺序排列。现根据每种焊接应用的特殊要求分别选出合适的合金。 先考虑焊条(波峰焊)和焊线(手工和机器焊接)。 对波峰焊用焊条的要求包括：a. 能在最高260℃锡炉温度下进行连续焊接；b. 焊接缺陷(漏焊、桥接等)少；c. 成本尽可能低；d. 不会产生过多焊渣。 结果所有选中的合金都符合波峰焊要求，但99.3Sn/0.7Cu和95Sn/5Sb合金与其它替代方案相比能够节省更多成本。比较而言，99.3Sn/0.7Cu的液相温度比Sn/Sb合金低13℃，因此99.3Sn/0.7Cu成为波峰焊最佳候选方案。 手工焊用锡线的要求与上面焊条应用非常相似，成本考虑仍然居于优先地位，同时也要求能够提供较好的润湿和焊接能力。焊线用合金必须能够很容易地拉成丝线，而且能用345～370℃的烙铁头进行焊接，99.3Sn/0.7Cu合金可以满足这些要求。 与焊条和焊线相比，焊锡膏较少考虑合金成本，因为金属成本在使用焊锡膏的制造流程总成本中所占比重较少，选择焊锡膏合金的主要要求是尽量降低回流焊温度。考察表中所列合金，可以发现液相温度最低的是95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu(熔点217～218℃)和96.5Sn/3.5Ag(熔点221℃)。 这两种合金都是较为合适的选择并各具特点，相比之下Sn/Ag/Cu合金的液相温度更低(虽然只有4℃)，而Sn/Ag合金则表现出更强的一致性和可重复制造性，并已在电子业界应用多年，一直保持很好的可靠性。有些主要跨国公司已经选择共晶Sn/Ag合金进行评估作为无铅替代方案，大多数大型跨国公司也开始对Sn/Ag/Cu合金作初步高级测试。 实测评估结果 波峰焊评测 将99.3Sn/0.7Cu合金装入标准Electrovert Econopak Plus波峰焊机进行测试，这种波峰焊机配备有USI超声波助焊剂喷涂系统、Vectaheat对流式预热和“A”波CoN2tour惰性系统。测试在两种无铅印刷电路板上进行：带OSP涂层的裸铜板和采用浸银抛光的裸铜板(Alpha标准)，两种电路板都采用固态含量2%且不含VOC的免清洗助焊剂(NR300A2)。另外作为对照，将同样的电路板在相同设备上采用相同条件进行焊接，只是焊料用传统63Sn/37Pb合金。 通过实验可得出以下结论： 如果采用99.3Sn/0.7Cu合金，则有必要对波峰焊机进行惰性处理以确保得到适当的润湿度，但不需要对波峰焊机或风道进行完全惰性处理，用CoN2tour公司的边界惰性焊接系统即已足够。 使用99.3Sn/0.7Cu焊接的电路板外观与用63Sn/37Pb合金焊接的电路板没有区别，焊点的光亮程度、焊点成型、焊盘润湿和通孔上端上锡情况也基本一样。 与Sn/Pb合金相比，Sn/Cu合金的桥接现象较少，但由于测试的条件有限，因此对这一点还需要作更进一步的研究。 99.3Sn/0.7Cu合金在260℃温度条件下焊接非常成功，在245℃条件下也没有问题。 采用Sn/Cu合金的几个星期内铜的含量没有发生变化，之所以关注这一问题，是因为铜在锡中的溶解度很低，而且与温度有很大关系。 在大批量生产中，电路板的铜吸收情况与用Sn/Pb合金时相同。 印制和回流焊评测 针对Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金开发了一种新的助焊剂，以便在更高回流焊温度下得到较好的润湿效果，因为回流焊温度较高时(比常规回流焊温度高20℃)要求助焊剂中的活性剂应具备更高的热稳定性。另外如果在空气中工作，回流焊温度较高还可能使普通免清洗助焊剂变色，所以这种助焊剂对高温要有很强的承受能力。在95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金中使用UP系列焊锡膏时，即使空气温度达到240℃，它也不会变为棕色或琥珀色。 UP系列焊锡膏在印刷测试中表现非常好，测试时采用的是MPM UP2000印刷机，印刷条件包括6mil厚激光切割网板、印刷速度25mm/秒、网板开口间距16～50mil以及接触式印刷，焊膏印出的轮廓非常清晰且表现出良好的脱模性能。另外这种焊锡膏在中止印刷后(停放超过一小时)再开始使用时无需进行搅拌，其网板使用寿命在8小时以上，粘性也可保持8小时。 回流焊采用Electrovert Omniflo七温区回焊炉，在空气环境下进行焊接。回焊曲线如图1，从图中可看出温度在200秒时间里以近似线性的速率上升到240℃，温度高于熔点(221℃)的时间为45秒。 得出结论如下： UP系列焊锡膏95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu 88-3-M13表现出良好的印刷性。 无铅焊锡膏能提供良好的粘力且能保持足够的时间。 对测试板而言，95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金所需的240℃最高温度是可以接受的。 回流焊无需氮气也能取得很好效果。 焊点光亮度好，与标准Sn/Pb合金相同。 助焊剂残留物外观(颜色及透明度)比采用Sn/Pb合金及普通助焊剂在标准热风回流焊(峰值温度220℃，高于183℃的时间为45秒)后的情形好得多。 润湿和扩散特性与Sn/Pb标准合金相同。 当使用没有阻焊膜的裸FR-4板子时，过高的回流焊温度会使线路板出现严重变色(变深)，浅绿色阻焊膜会使变色看起来较轻，中/深绿色阻焊膜则使变色基本上看不出来。 有些元件经高温回流焊后会出现变色和氧化迹象，将这种无铅焊料用于两面都有表面安装器件的电路板上时，建议在回流焊后再安装需作波峰焊接的底面SMD器件，以免过度受热影响可焊性。 用UP系列96.5Sn/3.5Ag合金进行的测试所获结果相似，只是回流温度提高了3～5℃。 其它特性 选择一种简单普通二元合金的最大好处在于它已经完成了大量测试且已被广泛接受，如96.5Sn/3.5Ag合金已在某些电子领域应用了很长的时间。95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu现正接受同样严格的测试，并在一些地方显示出非常相似的性能和优点。 福特汽车公司对使用Sn/Ag合金的测试板和实际电子组件进行了热循环试验(-40℃～140℃)，已完成全面热疲劳测试研究，另外他们还将无铅组件用于整车中，测试结果显示Sn/Ag合金的可靠性与Sn/Pb合金相差无几甚至更好。摩托罗拉公司也已经完成了Sn/Ag和Sn/Pb合金的热循环和振动研究，测试表明Sn/Ag合金完全合格，其它OEM厂商在各自的Sn/Ag和Sn/Ag/Cu合金研究中也得到了类似的结论。 根据研究结果，Sn/Ag和Sn/Pb在导电性、表面张力、导热性和热膨胀系数等各方面所取得结果大致相当(见表3)。 本文结论 通过上述讨论，我们可以得到一个实际可行的标准无铅焊接工艺，其基本内容包括： 对焊锡膏应用而言，可将95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu或96.5Sn/3.5Ag合金与UP系列助焊剂配合使用。 对波峰焊应用而言，焊锡条可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 对手工/机器焊接而言，焊锡线可使用99.3Sn/0.7Cu合金。 虽然上述方案还未能达到研究无铅替代方案工程师们所确定的每项目标，但基本上能令人满意，该方案最大限制在于96.5Sn/3.5Ag合金所要求的回流焊温度比Sn/Pb合金的要高20～30℃，因此回流焊对元件的要求也有所提高。元器件供应商应与电子装配厂密切合作以解决高温回流焊带来的种种问题。 随着新技术的发展，将来还会有更多更好的替代方案推出，这里讨论的系统最大价值在于其它复杂系统可以根据它提供的标准进行参照比较。在考察更加复杂的系统之前，应多问下面一些可以定量回答的问题：
焊锡膏
1. 新的合金系统是否能将回流焊温度降至与Sn/Ag合金差不多的程度(Sn/Ag合金最低回流焊温度为240℃， 而95.5Sn/4.0Ag/0.5Cu合金的最低回流焊温度则为235℃)？ 2. 与Sn/Ag或Sn/Ag/Cu合金相比，金属和焊锡膏的成本如何？ 3. 合金中各材料有没有技术参数限制？各材料在技术参数范围内变化时其固相和液相温度的变化情况如何？
焊条
1. 合金的成本如何？与Sn/Cu合金比较哪一个更贵？ 2. 合金是否具有Sn/Cu合金所没有的优点