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无铅SMT可达可靠性，如果小心执行若干的过程要求。但完全了解将在无铅转换时发生的变化，是必需的。今天无铅SMT中最常用的合金是锡银铜合金。这些合金均有217至220°C的熔化范围。这些合金较传统铅焊接在更高温度熔化，而且有不同物理和化学特性。 无铅SMT回流中的主要转换考虑 * 合金熔化温度
* 焊剂化学 - 活化作用、温度影响
* 合金润湿和表面张力特性
* 焊接成球和桥接潜在增加
* 构件/板过程兼容性
* 兼容修复/修理
* 兼容波峰、选择性焊接过程
* 质量检验标准更改
* 更高回流温度焊剂的装饰作用
* 氮对空气回流
* 焊剂残渣的接脚易测性
* 焊接气泡影响
* 残渣清洁/消除过程改变
* 保形涂层和底部填充兼容性
* 焊炉过程能力、维护、焊剂分解量 锡银铜合金的典型温度峰值范围将在235到245°C之间。如果板的热量较小而焊炉有足够的加热区，温度峰值低达229°C。大多数情况下，低温度峰值将要求合金液相线温度的延伸时间。 
伴随更高预热和温度峰值，不密封固态SMD 构件的分类可以改变。润湿拾取可进一步破坏无铅回流焊接组件的可靠性。可出现内部分层、起裂、结合隆起、晶片隆起和极端实例中的爆裂结果。 IPC/JEDEC J-STD-020 标示小到很大有形构件的新回流要求。 总结在以下图表中。 
更高回流的热量问题有增加的焊膏下陷、残渣的炭化、焊剂的过早不激活，和尤其如果使用空气回流增加的氧化率。好的焊膏制造商正使用树脂和凝胶剂，提供更高预热和回流温度峰值稳定的良好抗热下陷和催化剂。 以下是要求无铅焊剂的化学革新。 * 新催化剂包，更高激活温度
* 新树脂、低分解率
* 新热稳定凝胶剂、减少下陷
* 更好表面活性剂、增强焊接润湿
* 更高温度阻止氧化的添加剂
* 为SAC、SnBi、SnZn 或其他合金设计的合金特殊焊剂 以下是在185°C热下陷测试后两种无铅焊膏的相片。焊膏A 的焊剂系统内含不阻止下陷的凝胶剂。焊膏B内含阻止较高预热温度时下陷的凝胶剂；此焊膏将减少桥接、焊锡球和芯片中成球的发生。
约 90%的大多数装配商使用免清洗焊膏，且多数使用空气回流。免清洗SMT 过程需要仔细选择焊接的加工和焊膏的属性。一些无铅免清洗焊膏设计为充分焊接各种金属表面加工。其他则难以与第二次通过的裸铜板由于较低的活性。一些免清洗焊膏要求较低温度峰值，其他可经受较高的温度而没有下陷、炭化、或树脂聚合。对那些使用可水洗焊膏的，活性有利于减少通常无铅焊接出现的润湿。 氮将影响如下相片所示的焊接接缝装饰。氮焊膏回流将提供更光亮和更统一的焊接接缝表面。氮回流也将提高无铅焊接的润湿，尤其在裸铜OSP表面。必须指出大多数装配商寻求可在空气中回流的焊膏；因此很多无铅焊膏为此开发。 以下测试通过在白色陶瓷基底上印刷无铅焊膏，然后一个在空气中、另一个在氮中回流完成。尽管表面看来不同，这只是表面状况而可靠性不受影响。 
相同成分的SAC合金。亮度的不同是由于不同树脂焊膏的焊接，保护表面不受空气影响。光亮接缝明显更能与63/37过程媲美。 
选择SMT 过程最好的无铅焊膏将是重要的变量，如下可用作选择过程的指导。对过程工程师来说，决定过程中最至关的属性是重要的。 * 印刷速度
* 放弃时间
* 模版寿命
* 粘着寿命
* 潜在焊锡球
* 下陷冷热
* 不同镀金属的延伸
* 不同加工表面的可焊性
* 回流视窗
* 潜在气泡
* 两倍回流视窗功能
* 清洁能力，如果是可水洗焊膏
* 接脚易测性，如果要求免清洗焊膏 无需内部重复上述测试。好的焊膏制造商将提供信息给用户。重要的是进行关于过程要求的若干关键提问。这些问题将帮助定义最适于过程的焊膏。 更好定义无铅焊膏的一些问题为： * 将使用哪种焊接合金和粉末直径？
* 将需要可水洗或免清洗焊膏化学？
* 正焊接何种加工？
* 将使用氮回流或空气回流吗？
* 正在做双面SMT 吗？
* 如果将使用免清洗焊膏，哪一种IPC分类？
* 如果使用可水洗焊膏，焊剂残渣如何清洁？
* 需要宽泛印刷视窗、粘着寿命、模版寿命等等的焊膏吗？ 如果仔细选择焊膏，SMT 过程优化适于选择的化学，无铅转换将完成且不危害可靠性和产品产出。有时选择的焊膏不适合过程（比如高速印刷可能并不需要，不要求较低温度峰值执行的焊膏）。焊膏配方在于以其他开支创建某种属性。 伴随无铅的普遍焊接缺陷为：
* 垫外焊接成球 
* 芯片中焊接成球
* 起墓石
* 微间距QFP铅的桥接(短路)
* 开口接合
* 非润湿
* 反润湿
* 冷焊接点
* 气泡
* 过度无光或表面开裂 这些缺陷可在设计提供充分润湿、少下陷和少气泡无铅合金的无铅焊膏适当优化过程中避免。较高回流温度的良好活性将通过选择有催化剂、217°C以前不会分解的焊膏满足。 
无铅焊接，由于其减少的润湿速度，将不时不完全焊接焊垫。这将受到焊剂活性、使用热量范围、板加工和回流空气影响。
然而一些装配商正修改模版使有更少孔径缩减。这要求焊膏有极好热下陷特性以避免桥接、焊锡球和 芯片中成球。
其他装配商正寻求更改焊垫设计。大多数情况下这并不是问题。  关于可焊性，SAC合金相比63/37将以充分减少率润湿镀金属。可焊性同时受润湿速度和延伸度影响。
纯锡加工最易与SAC合金焊接。而裸铜OSP通常在早前热过程中就有装配的最差结果。银Imm和 NiAu加工提供锡和铜之间值，是普及的无铅选择。
焊膏选择也将影响构件的自定位特性。无铅合金的确有倾向减少自定位的优势，由于其不同表面张力。适当的配方焊剂化学将有助减少自定位问题，可在以下SAC无铅焊膏中看到。
关于构件加工兼容性和以无铅焊接终止铅构件使用的研究仍在进行。一些OEM已发现以SAC合金焊接终止铅对其产品可靠性影响很小。最近致力于无铅波峰装配的Gintic联盟，的确报道以如纯锡和铜锡的无铅成分获得的最佳效果。这些成品在使用不同热范围的柔性测试中很少失败，且有更少焊接开裂。
不推荐使用用于SnAgBiCu 无铅焊膏焊接铅终止的含有铋的焊接点。150°C的1000小时高温储存导致更多的焊接点开裂。  由于无铅在机构执行，将同时使用铅和无铅焊接。继续构件、板和焊接产品的良好追踪是重要的。
为帮助行业，构件供应商开始采用新标准JESD97"为无铅装配、构件和设备鉴定制订标志和标签"。 为避免焊接产品的混淆，一些制造商已采用无铅焊接材料包装的不同颜色和形状。不仅需要在最后检验，而且在引入检验、存货控制和BOM 水平进行所有人员的培训。要求所有构件和板、包括焊接材料的良好追踪。 其他要求注意的过程是手工焊接和修复过程。尽管无铅烙铁可能以不同颜色包装，过去焊接无铅部件的焊接条也必须进行识别，以避免与邻近铅焊接交叉污染。简单的方式是以标识"无铅"的标签进行烙铁标示，也可在把手标签荧光绿。 结论：
开发无铅SMT过程需要良好计划和与所有供应商的密切工作关系。有必要了解构件和板兼容性问题及较高温度的使用。避免某些诸如可能影响焊接点可靠性的铋和铅的元素也是重要的。 必须选择焊膏合金然后是兼容焊剂系统以满足加工需要的可焊性要求。回流过程将需要优化以保证良好金属间连合，同时避免温度过高防止板分层、构件损害、过多金属间增生、焊接表面和焊剂残渣效果。 严格的材料控制将是必需。无铅综合尤其是铅和无铅同时的双重系统，将需要小组途径和适当的培训。 关于作者：
彼得 Biocca是伊利诺伊DesPlaines Kester高级市场开发工程师。是有23年焊接技术经验化学家。在全世界介绍关于过程优化和装配。超过8年的无铅工作，涉及无数全国和全球的联营企业。此次，成功协助很多公司执行无铅。 是IPC、SMTA、IMAPS 和 ASM 积极成员。也是全世界发表上百篇技术论文的作者，并是SMT过程认证工程师。 | 
发表于 2006-9-14 08:56:00