锡膏

无铅锡膏

无铅锡膏是一种由锡、银、铜等成分组成的合金粉末,与助焊剂按一定比例配合而成的SMT贴片加工焊接材料。无铅锡膏是采用银、铜等金属成分替代传统锡膏中的铅,但无铅锡膏仍含有微量的铅。

无铅锡膏

一、无铅锡膏的熔点

无铅锡膏根据熔点的不同,可分为高温无铅锡膏、中温无铅锡膏和低温无铅锡膏三种不同的锡膏。

1、一般高温无铅锡膏是指常用的无铅锡膏,其合金成分为Sn/Ag/Cu,熔点为217℃。

2、常用的中温无铅锡膏,其合金成分为Sn/Ag/Bi,熔点为172℃。

3、低温无铅锡膏,其合金成分为Sn/Bi,熔点为138℃。

二、无铅锡膏的成分

无铅锡膏的合金成分主要为锡、银、铜,通过将银、铜等金属成分替代传统锡膏中的铅成分。无铅合金成分的选择需要考虑焊点的机电性能,如抗拉强度、屈服强度、疲劳强度、塑性、导电率等因素。

无铅合金成分中银和铜的含量关系对机械性能的影响如下:

1、当银的含量为大约3.0~3.1%时,屈服强度和抗拉强度两者都随铜的含量增加到大约1.5%,而几乎成线性的增加。超过1.5%的铜,屈服强度会减低,但合金的抗拉强度保持稳定。整体的合金塑性对0.5~1.5%的铜是高的,然后随着铜的进一步增加而降低。对于银的含量(0.5~1.7%范围的铜),屈服强度和抗拉强度两者都随银的含量增加到4.1%,而几乎成线性的增加,但是塑性减少。

2、在3.0~3.1%的银时,疲劳寿命在1.5%的铜时达到最大。发现银的含量从3.0%增加到更高的水平(达4.7%)对机械性能没有任何的提高。当铜和银两者都配制较高时,塑性受到损害,如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu。

根据不断的研究Sn96.5Ag3Cu0.5和Sn95.5Ag3.8Cu0.7成为无铅合金的主要选择。其中,SnAg3Cu0.5被日本、韩国厂商广泛采用,欧美企业更多选择 SnAg3.8Cu0.7合金。

三、无铅锡膏的工艺要求

1、印刷要求

由于Sn/Ag/Cu合金的密度(7.5 g/mm3)比Sn-Pb合金的密度 (8.5g/mm3)低,使用该种合金的无铅焊锡膏的印刷性比有铅锡膏差一些,如容易粘刮刀等。尽管如此,由于保证锡膏的良好的印刷性对于提高SMT的生产效率、降低成本十分重要,在合金成分相同的情况下,只有通过助焊剂成分的调整来提高锡膏的印刷性,如增加触变剂含量、填充网孔能力、湿强度、抗冷/热坍塌及潮湿环境能力等,并最终提高印刷速度、改善印刷效果。

2、回流工艺要求

由于无铅合金的熔点升高(Sn/Ag/Cu合金的熔点为217°C,Sn-Pb合金熔点为183°C),无铅工艺面临的首要问题便是回流焊时峰值温度的提高。在图中描述了无铅锡膏回流焊接时,在最坏情况假设下(线路板最复杂,系统误差和测量误差为正,以及满足充分浸润的条件),线路板上最热点温度可能达到的温度(265°C)。图中最冷点235°C是为保证充分浸润的建议条件。 

值得注意的是:一方面,若无铅锡膏所要求的峰值温度较高,线路板最热点便容易达到265°C,而该温度已超过了目前所有元器件的耐温极限;另一方面,若系统误差和测量误差为负,同时锡膏的最低峰值温度较高,便会有冷焊问题的发生。因此为了保证元器件的安全性、以及焊点的可靠性,无铅锡膏的最低峰值温度应尽量低,即无铅锡膏低温回流特性在无铅焊接工艺中十分重要。

回流工艺

3、回流焊工艺的设置

回流工艺

(1)升温斜坡1:梯度最大为1-3℃/秒,梯度过高容易产生锡珠。 

(2)预热区:130℃-150℃的时间应在60-120秒之间,这要因基板的尺寸与回流炉的性能而定。 

(3)升温斜坡2:为避免锡珠的产生,这段时间不少于30秒而梯度则为1-4℃/秒左右,时间过长或梯度过高则容易影响松香在到达合金熔点之前的效果。 

(4)焊接温区:最高温度为240℃±10℃之间要视乎回流焊机类型、特性和实际情况。217℃以上的时间则为60-90秒,若时间过长,焊接面则容易失去光泽,时间过短,松香则不能发挥其湿润效果造成焊接不牢的现象。 

(5)冷却区:降温最快为4℃/秒,若速度太快表面容易有裂痕,相反太慢则表面容易变暗淡。 

由于每种合金的综合温度回流时间都是不同的,对于底板和表面焊接零件的热能和其他因素,需要进行足够的回流测试,测试准则为: 

前加热:150℃-200℃*1-2分钟; 回流:230℃-240℃*0.3-0.6分钟; 最高温度:240℃±10℃; 锡膏熔点:217℃。

四、无铅锡膏的价格

常用的无铅锡膏中的成分主要为锡、银、铜,由于含有银的成分,无铅锡膏要比有铅锡膏的价格要高。目前,市场上不同的品牌、不同的成分配比以及不同的质量,无铅锡膏的价格会有很大的区别。如下是一些著名品牌的 无铅锡膏参考价格表

品牌成分参考价格(元/kg
千住sn42bi57Ag1 410
阿尔法Sn96.5Ag3Cu0.5410
田村Sn96.5Ag3.0Cu0.5400
唯特偶Sn96.5Ag3.0Cu0.5400
同方Sn99Ag0.3Cu0.7280
中实Sn99Cu0.7Ag0.3100
亿铖达Sn98.5Ag1.0Cu0.5275

五、无铅锡膏的参考配方

无铅锡膏的参考配方

六、WTO-LF6000A/105-4B免清洗无铅锡膏的技术规格

无铅锡膏的技术规格

由于有铅锡膏中的铅成分对人体和环境的危害比较大,环保型无铅锡膏将会在电子组装行业得到越来越得到广泛的应用。


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