Keith Sweatman、Tetsuro Nishimura—Nihon Superior有限公司

    在转而使用无铅焊料的过程中迫使电子业界思考：与以往相比，焊料的哪些特性更重要？

    反对无铅化的人认为，使用无铅焊料使电子组装领域发生了根本性的改变；而这个改变的标志，是用于元器件互连形成组件的材料基本元素发生了变化。我们知道，元器件直到相互连接时，才能形成功能性回路。只有形成电及热传导的通路，元器件才能在电压及电流的作用下工作。通常情况下，焊接材料不仅要保证实现互联，而且要提供组件在运行环境下所要求的包括应力和形变在内的所有机械特性。当然，人们对于由此在焊接技术中产生的关联变化也很关注。在手工焊接中，曾出现只有将助焊剂与焊料相互混合才能形成良好焊点的挑战（区别于分别应用）。因此，运用在锡丝中心定量注入助焊剂的方式，在焊接后形成良好的焊料填充。

    波峰焊在锡铅工艺中被认为是成熟的，甚至有时会被认为是一种比较低技术含量的工艺过程，但要将其成功地 转向使用无铅焊料，就需要更认真地研究与以往不同的工艺要素。在某些情况下，操作员用烙铁进行手工焊接已经变得不可能。量产焊接的时代已经开始，在短时间内，元器件及线路板通过与熔融焊料的接触相互连接，从而达到预期的经济效益及可接受的焊接质量。

    可焊性

    应对挑战的另一个方面就是可焊性概念研究。可焊性用于评估焊接基材可被熔融焊料润湿的难易程度。可焊性在任何焊接工艺特别是在无铅转化过程中，一直都是一个重要的考查因素。业界在量产焊接工艺中，通过研发出易焊接元件及印刷线路板的镀层、高活性且无腐蚀残留的助焊剂、具有预热过程及动态波峰系统的波峰焊，使形成的焊点达到标准的要求。

    虽然以上的改变出自于技术及经济方面的考虑，而蒙特利尔公约使电子业的转变是出于环保的目的。人们不得不放弃易于清洗、可提供较宽工艺窗口、高活性、高固态含CFC的易溶性助焊剂。虽然在清洗工艺中，与含CFC的等效清洗溶剂已经被研发出来，但最重要的是研发出能使可焊性增强的新型低残留免清洗助焊剂。

    众所周知，以上所有印刷线路板组装过程的改变仍基于36%以上铅含量的锡铅合金系统。（图1）

    有时，在元器件生产中需要应用高铅含量的高熔点焊料。加入2%的银或铜，不仅可起到抑制基材及焊接工具受侵蚀的作用，还可以从微观结构层面改善IMC相来增强焊料的强度。但焊料的特性主要由组成合金的两个金属相决定，锡与约2%的铅、铅与约20%的锡组成固溶结构。在共晶合金中，通常锡-37铅的两个金属相表现为交错层叠的均匀片状结构（图2）。

    与锡铅焊料相对的基准是否锡铅共晶合金真的是焊接电子组装的最佳选择？是否它束缚了电路设计和电子组装工艺的发展？因此，必须考虑何种无铅合金才能作为替代（锡铅焊料）的焊料基准。

    大家认为没有理由去考虑锡铅焊料的替代品，即使目前已经有人尝试应用它，但其特性并没有被广泛认可。大部分无铅焊料与锡铅焊料共有的元素是作为主要成分的锡，它们通过与基材金属相互反应并形成IMC而相互连接。锡铅与无铅焊接的基础理论大体类似。

    熔点