第十五章 无铅焊接的实现

1、与带有表面贴装技术回流工艺无铅焊接的兼容性：
a.兼容性评估的试验方案：
■材料：合金、焊剂和焊料黏胶；
■测量：熔化温度、吸湿能力（吸湿系数WI）、焊料球化（焊料球化系数SBI）、附加时间（附加时间系数TTI）、货架寿命（货架寿命系数SLI）、兼容性（兼容系数C）、截面；
b.兼容性研究结果：
■合金的兼容性：63Sn37Pb、SnAgBi系统、SnCu（SnAgCu、SnAgCuSb、SnBi、SnSb）系统、SnAg系统、SnZnBi系统；
■焊剂的兼容性；
■温度对合金兼容性的影响；
■温度对焊剂兼容性的影响；
■焊料凸起形成的截面：大空洞、IMC厚度；
c.需考虑的额外因素：
■SBI、WI和SAI的重要性；
■WI；
■合金的潜力；
■焊料黏胶沉积；
■没有元件的测试；
■表面处理；
■回流焊接外的其他问题；
d.兼容性评估；

2、无铅波焊的实现：波峰焊无铅化所遇到的挑战一点也不比回流焊少，由于波峰焊中焊料湿度和焊剂能力相对减少，无铅波峰焊对应的缺陷率比较高，尤其是穿孔和桥接缺陷。Diepstraten应用Taguchi实验设计方法研究了影响波峰焊接产量的潜在因素，在Diepstraten的工作中，选择了四个工艺参数：焊料温度、接触时间、PCB板上端预热温度和湿焊剂数量，Diepstraten总结出他实验中总体最好的设置是：
■焊接温度275℃，为了避免热损害，设定在265~270℃之间；
■接触时间为1.8s；
■PCB板顶部预热温度110℃；
■湿焊剂体积474mg/单位面积；

3、回流条件对无铅焊接的影响：Lee等人基于缺陷机理分析，研究了回流条件对焊接性能的影响：
a.一个优化的条件应该使缺陷最小化，而不一定是某种特定缺陷的最佳选择；
b.低的上升率到低的峰值温度，然后是快速冷却率；
c.温度线性上升对应的缺陷率要比带有明显停留区域的分布所对应的缺陷率低；

4、无铅黏胶焊接的焊剂要求：没有一种合金比共熔SnPb好，其之所以又这么优秀的焊接性能，至少有一部分是由它的表面张力系数决定的。如今在共熔SnPb系统中使用的焊剂必须要升级，以便能够为无铅焊料合金传递满意的结果；

5、无铅黏胶操作的焊剂要求：操作性能是由下面决定的：焊料表面与焊剂的反应能力；焊料表面的织构和形状；

6、无铅焊料黏胶的清洁性能：无铅焊料黏胶在使用中所遇到的困难不只是在焊接和操作中，也在清洁方面。类似共熔SnPb焊料系统，在无清洁焊料黏胶的一些应用中，也需要进行清洁，例如：
■恢复遭受焊料球化缺陷的电路板；
■在密集生产中，同时满足无清洁和清洁两种客户的单一黏胶；
■高频应用场合；
■集成电路封装；
■军事应用；
■汽车应用；
■航天应用；
■医药应用。

7、无铅残渣清理的焊剂要求：
a.带有软残余物的焊剂看起来比硬残余物焊剂的清洁能力要强，这是由于软残余物中缺少晶体的形成，从而使它能够相对容易地溶解在清洁剂中。对于硬残余物，形成晶体的现象相当普遍，所以在将残余物分子从主要参与体内拉出时，溶解过程需要克服晶体能量；
b.无铅焊料黏胶比SnPb的清洁要困难得多，主要基于以下三个因素：
■回流温度比较高，导致焊剂内的边缘反应，如氧化或交连反应；
■需要更大的焊剂活性来推进无铅焊料的吸湿能力，而焊剂活性越高，导致副反应越多，从而导致清洁难度增大；
■由于使用含锡量比较高的焊料，导致在回流时形成大量的锡盐，锡盐看起来比铅盐在清洁时带来了更大的难度，从而导致出现更多的白色残余物；

8、无铅残渣清理的化学试剂/工艺流程：
■半水和/或水溶可喷射清洁；（介于两者之间）
■皂化水喷射清洁；（大部分最有效的清洁系统）
■煮沸-浸泡-蒸汽去油污；（最低的有效系统）

9、无铅焊料黏胶的选择：无铅焊接的使用需要全方面的升级，包括焊接材料、回流设备、元件、电路板和检测设备。对于焊料黏胶材料，由于主要的几种无铅焊料的性能比SnPb都要差，所以黏胶材料的根本困难在于具有良好的传递焊接性能的能力。对于共熔SnPb焊料黏胶评估时，往往在稍后阶段对腐蚀性和表面绝缘电阻（SIR）进行评估，然而，对于无铅焊料黏胶的评估，这两个性能往往在黏胶通过焊接能力测试后就进行，这是由于许多黏胶为了传递焊接性能而对非腐蚀特性过分妥协，对于无铅焊料这种可能性极大，这种筛选计划也仅供参考，具体的测试项目和测试条件都应该根据每一个装配操作的具体要求进行调整。