无铅合金和元件表面光洁度

    在RoHS方面工作了差不多两年后，RoHS使我感到疲劳了；但是仍然有许多工作要做。我们已经对5,000多个元件进行了符合RoHS要求的鉴定。到去年年底，我们需要的大多部分已经就绪（这就是，我们可以订购元件了），至少是我们的供应商告诉我们可以。元件的供货时间和可能的短缺仍然是人们关心的大问题。产业界对于焊膏合金和元件表面光洁度的争论和讨论多年了，现在好象已安定下来，将问题集中在几种解决办法上。
几年来，国际电子制造协会(iNEMI)一直对无铅焊料进行着研究。根据这项研究，iNEMI建议使用锡银铜无铅回熔合金，即SAC合金：S(锡)，A(银)，C(铜))。iNEMISAC合金的组分是95.5%的锡、3.9%的银和0.6%的铜(Sn95.5Ag3.9Cu0.6)。它的成分接近于Sn95.6Ag3.5Cu0.9低熔点合金，其熔点为217℃。看来大多数公司赞成用iNEMI的SAC合金作为回熔焊料。这种合金的关键优点是可以买到。它的主要缺点是回熔焊接温度要增加大约30℃。另外一些人则建议使用一种称为混入置换合金（drop-in replacement alloy），这种合金由多种成分混合构成，包括锡(Sn)、银（Ag）、铜（Cu）、铋（Bi）、铟（In）。这些合金的优点是回熔焊接温度与锡铅合金相似。但是，它的主要问题是材料是否买得到以及它的成本。
分析了许多常用的无铅回熔焊接合金之后，IPC焊接产品价值委员会（SPVC）作出结论，认为下面三种锡银铜合金最有可能取代锡铅焊料：Sn96.5Ag3.0Cu0.5 合金；Sn95.5Ag3.8Cu0.7合金；Sn95.5Ag4.0Cu0.5合金。
根据这项研究的结果，IPC建议使用96.5 /3.0 /0.5合金(SAC 305)作为无铅焊接材料，因为其性能相当，材料成本最低。回熔焊接温度一般高于焊接合金的熔点温度25-40℃。根据这个原则，锡铅回熔温度为208-223℃(Sn63熔点为183℃)。由于元件对温度的变化很敏感，无铅焊料的回熔温度为235-250℃。
对波峰焊，iNEMI建议使用一种锡铜无铅合金，熔点是227℃，它的成分为99.3%的锡和0.7%的铜（Sn99.3Cu0.7）。因为焊炉中有大量的焊料，因而去掉银会大量地降低成本。还可以选用几种其它合金作为无铅焊料，其中包括SAC 305合金和含有少量镍的合金。
锡铅波峰焊的典型温度为245℃到260℃。而无铅波峰焊的温度范围为255 
5℃到270℃；与回熔焊相比，有适量的上升。在向无铅环境过渡时，锡须仍是令人担心的大问题。产生钖须的确切原因仍然是一个谜；但是，iNEMI指出，一般认为抗压应力是引起锡须的主要原因。iNEMI正在进行着几项关于锡须的研究。关于更多的信息，请访问www.inemi.org。
元件供应商将主要的精力投入在开发成本低、效益好、可靠性高、表面光洁度高的无铅产品。根据作者的观察，这些无铅、表面光洁度好的产品将是主要的是：雾锡(Sn)； 锡银合金(Sn/ Ag)； 锡铋合金(Sn/ Bi)；锡铜(Sn/ Cu)；镍钯合金(Ni/ Pd)；镍钯金合金(Ni/ Pd/ Au)。

雾锡的特性：
与锡/铅和无铅焊料相比，焊接性能同样好；成本低，可以买到。它是一种单组分合金。
减少锡须：
在150℃退火1小时；增加雾锡镀层厚度；使用镍挡板或使锡镀层回熔。
锡/银的特性：
与锡铅焊料和无铅焊料相比，焊接性能同样好；由于材料成本高，产品昂贵。二组分使涂镀更困难。
减少锡须：
银的最小浓度1%。
锡铋合金的特性：
具有无铅焊料的可焊接性；但是，存在无铅波峰焊和锡铅反向兼容性问题。二组分使涂镀更困难，而且铋有毒性。减少锡须：铋的最低浓度为2到4%。
锡铜合金的特性：
与锡铅合金和无铅焊料相比，焊接性能同样好；由于材料可利用性好，成本低。二组分使涂镀更困难，并且与合金42铅结构不匹配。锡须软化：在150℃退火1小时。
镍钯合金和镍钯金合金的特性：
与锡铅合金和无铅焊料兼容；但是，难于焊接，更贵。与合金42铅结构不兼容。减少锡须：由于无锡，不存锡须的问题。