PCB生产商如何选择无铅焊料

对于PCB生产商来讲，无铅焊料虽仍未在电路板行业大量使用，但各种专利配方商品之多，早已令人眼花瞭乱一头雾水。且各种品牌莫不自我美言尽捡好的说，更是让人有如丈二金刚不知如何是好?短时间内想要从简单的几项实验结果，去正确评估出各种大量产的长期可
靠度，令人不知如何是好!以下即为无铅焊料的一些公认的评选淮则：
    ◆无铅焊料的无毒性(Nontoxic)
    ◆无铅焊料的供应无缺且价格合理(Available  and  Affordable)
    ◆无铅焊料的塑性范围要很窄 Narrow Plastic Range(指抗拉强度试验)
    ◆无铅焊料的沾锡性能 (Acceptable Wetting)
    ◆无铅焊料的为可量产的物料(Material Manufacturable)
    ◆无铅焊料的制造过程温度不致太高而能被广泛认同(Acceptable Processing Temperature)
    ◆无铅焊料的焊点可靠度良好(Form Reliable Joints)
大致符合此等条件而可取代现行Sn63／Pb37之合金焊料者’过去几年中较受PCB生产商重视的配方约有下列数类
  一、无铅焊料的锡银共融合金Sn96.5/Ag3.5
此两相合金之熔点为221℃’早巳在陶瓷混合板业(Hybrid)使用多年，并最被美国NCMS，Ford，Motolora以及日本TI与德国研究者所看好，认为是取代Snb最合适的焊料。但亦有美国业者认为其熔焊过程(Ref1ow) 中时的沾锡性(Wetting)很差，难达品质之尽善尽美。此乃
因其液态时表面张力过高，造成接触角(Contact  Ang1e)过大，以致散锡性(Spreadin g)不足所致。但此料之导电性却比Sn63／Pb37者增30％，比重也下12％o不过热胀系数(CTE)却又负面的高出2 0％。
二、无铅焊料的锡铜共融合金Sn99.3/Cu0.7
    此两相合金之熔点227℃’美国N O r t e 1认为在电话產品中其(氮气环境之波焊)焊接品质几与Sn63／Pb37者不相上下。但若在一般空气中进行锡膏熔焊时，不但沾锡性会变差，而且焊点还出现粗糙与织纹状之不良外观，更甚者其机械强度亦颇佳，几乎名列各种无
铅焊料之榜末。然而由於价格便宜且锡流中尚不易发生氧化’而且浮渣也不多’令美国N E M I认为用于波锡时合适。PCB生产商欲喷锡时，此合金应为较合适的用料。    甲
三、无铅焊料的锡银铜共熔合金Sn／Ag／Cu
    此最具主流三相合金之共熔温度在217℃附近（Sn3.5 A g 0.9Cu)，不同重量比之近似配方者竟有七八种之多,浆态范围均极狭窄，是目前PCB生产商公认最佳的兼用无铅焊料及最可能的通用标準焊料。其中少量铜份所扮演的角色为：
(1)可减少銲点中外来铜份的继续增加。
(2)可降低銲料的熔点。
(3)可改善沾锡性，加强焊点的耐久性以及上期耐热疲劳性。
 

图1、此为锡银铜之锡膏利用水溶型强活性助焊所进行熔焊时其升温曲线之一例。
    文献中无铅銲料的各种合金多达百餘种，无论在焊锡性与銲点强度以及价格上的比较而言’任何一种比起现行Sn63来，都不免逊色极多。从多方面条件的评估考量看来’锡银铜三相共熔合金者’仍将是各种烂苹果中稍好的一种’目前已成為欧美曰三方面最关注的宠
儿’下图2即為五种无铅銲料分别在五种无铅可銲处理表面上就【散锡性】的比较
 
 

图2．此為五种无铅銲料与现行SnPb，针对五种无铅表面处理’分别进行“散锡性”试验(Spreadin g：指散锡面积对印膏面积的比值而言)所得的结果。但从各方面仔细分析时，未来的表面处理将只有工蝉Sn与OSP最有希望成為板面的可焊处理。
四、锡银铜再加其他金属的四相共熔合金Sn／Ag／Cu／X
此处X表示In、Bi或Sb，以后二者用途居多

五、锡银鉍另加其他金属之四合金Sn／Ag／Bi／X
当此合金銲料中加入鉍后会使得熔点下降，并还有沾锡性改善的优点，而且焊锡性也几乎是所有无铅銲料中之最佳者。不过容易发生“铋裂”的麻烦。且NCMS还说含鉍者容易在波焊中发生“通孔环面填锡浮裂，但仍為日本业者所偏好。
大量PCB生产商当然要考虑銲料的成本’下表以S n 6 3／P b 3 7共熔銲料為基准，而比较出各种銲料之成本。且该表更附列有各种纯金属的单价，以铅价为“1”而比较价差，以供PCB生产商参考。