无铅合金和焊料

前言：
在电子组装业开始无铅技术的研究时，由于电子产品上的铅含量多数来自焊点的焊料部分，所以焊料（锡膏的合金，锡条，手工焊接的锡丝，BGA/CSP/Flip-Chip上的焊端焊球等）自然成为研究的焦点。而由于锡金属本身具有很适合焊接的特性，以及已有的多年实际经验，所以研究的途径也都是采用在传统锡铅合金的基础上，使用其他的金属来替代铅的做法。
而经过这十几年来各方面的研究的努力，结果是出现了许许多多的可能替代金属，但没有一样是能够全面（工艺性、质量和成本上）替代铅的。这对于我们工业界当然不是个好的现象。因为这意味着，我们将面对更高的成本（直接和间接成本），和更难的工作。这也就是为什么许多从事研究无铅的专家都认为，无铅给我们的，是弊多于利（注一）。

但不如如何，无铅的推行已经成为不可改变的事实。我们还是得从技术上做出选择，使自己所经受的不良影响程度降到最低点。本期我们就来看看在关键的焊料合金上，我们有哪些需要知道的，以及如何进行选择等等。

无铅合金的总体发展情况：
不知道人类当初如何发现和决定是用‘铅’这金属，它竟然在制造工艺上和锡的配合是最完美的金属。当我们为了把‘铅’给排出去，而研究使用其他金属时，总不能很满意的选择单一的品替代种。而这就出现无数的‘可能品’。而由于经济对个人以及国家的重要性，在人类开发新的‘可能品’的同时，许多人不忘独占其可能带来的‘经济’效益，所以我们同时也看到许多‘专利’的不断出现。据非全面的统计，我们面前已经出现了超过50种的合金类别（例如SnAg，SnCu，SnCuAg，SnBi等等都属于不同的类别），其中有超过390种不同的无铅合金配方的专利。即使在工业界中作为‘标准’配方产品出售的，也已经有50种以上！

这么庞大数量的合金选择，对用户来说绝对是个问题。上面我们所说的只是焊料合金部分。在回流技术的锡膏中，为了处理不同的工艺需求（例如清洗和免清洗，微间距和非微间距等），我们还出现了数种不同的配方；我们业界有超过20家焊料供应商，每家供应商都也提供数种不同的锡膏配方，而我们的焊料必须配合器件的焊端镀层金属材料（例如纯Sn，纯Ag，Ni/Au，Ag/Pd等等），以及不同的PCB焊盘镀层材料（例如ENIG，OSP，ImAg等等）。假如我们以简单的数学来算，这组合的可能数量绝对超过1万种。这除了增加供应的混乱外，对于那些想做出最优选择的用户绝对是个头痛的问题。

所幸的是，从可行性的角度来看（不是从绝对技术的角度），我们已经逐渐的把范围缩小。尤其在过去3到5年，我们的选择方向已经较我明确。比如目前我们都知道（或至少较常听到，SAC金属将最可能成为最受欢迎的等等）。这样的认同，不论是否最合理或合乎科学性，至少它给我们带来运作和管理上的较好效益。

从技术的角度来看，在工艺上我们已经知道没有一种合金配方能够具备和SnPb同样的制造能力。这是我们在选择无铅技术是所必须付出和面对的问题。

在成本上的现象又如何？成本上是会增加的。单从材料（金属）价格的直接比较，业界认为在波峰焊接技术上，由于采用的是‘锡条’（全金属），成本增加会较明显；而在回流焊接技术上，由于锡膏的成本重点不在于金属（锡膏中还有焊剂，以及不小的加工和包装费），所以成本增加的比例较轻。这是为什么有些说法认为如果以回流焊接技术来评，成本的影响并不太显著。不过在这些讨论中我们忽略的是，无铅技术带来的间接成本的影响。

这里的间接成本主要包括加工成本（质量和效率），返修成本，设备成本和管理等等。尤其是加工质量和效率成本，常是计划推行无铅中被忽略的一个重要环节。以前的文章中我曾谈到无铅的工艺难度，而就是这工艺窗口的缩小，使我们的质量损失以及停机浪费等等成本增加。这是个不可忽视的问题。

无铅技术在质量方面的状况有如何？也许供应商多告诉您可行。不过如果您要和他们拟定一份可靠性保证书的话（当然包括出现问题时的赔偿），我想没有供应商会愿意和您签订。从我这数年来和西方专家级的研究人员的交流中，我发现的确没有专家很有把握的告诉我们说：“可靠性没有问题！”。他们都很小心的加上一句，“我们仍然需要进一步的研究和观察。”主要的原因，使从事可靠性研究的专家，都知道我们所是用的研究试验方法，虽然可以给我们提供不少的信息，但这毕竟和实际使用的条件有出入（而这些差异是不好量化判断的！）。无铅的研究虽然已经有约15年，但实际应用在产品上的，只不过5年。这不论是在时间和使用量的条件下，都无法提供我们很有信心的数据和经验，尤其是上面我们所提到的，我们拥有这么大量的可能组合方案。不过并不是所有的消息都使我们担心。在无铅焊料合金的研究工作中，我们发现的一个令人鼓舞的现象，就是好些新的金属合金，其可靠性都优于传统的SnPb合金。其实这也成为后来人们推动无铅的另外一个动力，尤其是在如汽车电子业等希望提高温度和可靠性的行业中。

目前被看好的合金：
以前我们曾谈到无铅的推动，一个原因是被利用来达到商业上的利益。本文先前也提到许多开发商相竞申请‘专利’。但在另外一方面，业界已经认识到这方面的危害，所以无铅的发展，在后期也出现一种现象，就是抵制专利的现象。所以如果您去比较目前所批准的专利，以及商界供应的品种时，您会发现没有什么专利是受推荐的。这现象也是由于无铅中我们有很多其他选择的关系。

除了想排除专利外，大量的研究数据是个影响业界认同的关键。日本在大规模投入无铅材料的研究的行动上是属于较早的。日本电子业界偏好于含铋的合金（例如Sn/Ag/Cu/Bi合金）。其原因是含铋的合金在工艺上最接近传统的SnPb，也就是说日本业界十分重视可制造性（这是他们的工业传统优点之一）。但由于日本向来存在和外界（日本民族和企业以外）的沟通问题，以及西方可能存在的感性上的障碍的影响下，含铋的合金技术在日本业界以外并没有受到重视（注二）。而逐渐由SAC（即SnAgCu的锡银铜合金）所取代。

从目前的发展情况看来，最可能被广泛接受的无铅合金应该有下列数种。

1． SnAg合金。以Sn3.5Ag（熔点221oC）为主。这合金已经有很多年的实际使用经验，所以风险小；
2． SnSb合金。以Sn5.0Sb（熔点235-243 oC）为主。传统上用于高温焊接。也有相当久的实际经验；
3． SnAgCu合金，或简称SAC合金。是目前最被看好的材料。由于研究的投入者很多，出现很多不同的成分组合配方。例如Sn3Ag0.5Cu（217-220oC），Sn3.8Ag0.7Cu（217-219oC），Sn4Ag0.5Cu（217-231oC）等等。
4． SnAgCuBi合金。这是受日本企业欢迎的合金，有好些不同成分配方，例如Sn2.5Ag0.5C1.0uBi（214-221oC）合金，Sn1.3Ag0.5C0.8uBi（214-219oC）合金，Sn3.5Ag1.0C3.0uBi（208-213oC）合金等。这类合金的好处是工艺性或制造性较强，温度较低。
5． SnBi合金。主要是Sn58Bi合金（138oC）。使用于需要低温焊接的情况下，已有多年的实际使用经验。日本看好它在无铅器件焊端镀层的使用上。这合金也可能被SnAgCuBi合金取代（看发展而定）。
6． SnZnBi合金。主要是Sn8.0Zn3.0Bi（186-197oC）。从颇有实际经验的Sn9Zn（199 oC）合金发展而来。焊接温度和非常高的可靠性是吸引用户的地方。但虽然Bi的加入在已定程度上改善了SnZn合金的问题（例如容易氧化，库存寿命很短等），但在工艺上还是较难的合金。这合金受到日本某些企业的垂青。长远来看，这也有可能只属于一种过渡期合金而将被其他材料所取代。


供应界的情况：
我们可以大谈某某金属合金的好处，但实际上如果市场上没有供应商认可，这些好处对于用户来说是毫无意义的。所以关注供应界的发展也是无铅管理上一个关键的工作。那目前我们的供应状况如何呢。我曾对全球20家主要锡膏供应商进行了询问和交流，发现在供应市场上，大多数供应商的看法基本上也以上技术评估是一致的。

目前在标准供应，名列前茅的5项有：

1． Sn3Ag0.5Cu。共有65%供应商提供；
2． Sn3.5Ag。共有60%供应商提供；
3． Sn3.8Ag0.7Cu。共有40%供应商提供；
4． Sn0.7Cu。共有30%供应商提供；（注三）
5． Sn3.5Ag0.7Cu。共有30%供应商提供。

我们可以看到供应是以SAC合金为主。而含Bi的合金并没有出现在以上的清单中。这主要是由于本考察中包括了全球（欧、美、日、亚洲）的供应商，而其中美国供应商具多（40%）的缘故。含Bi的合金基本上只有在日本和亚洲出现（注四）。

如果我们单单来看日本的情况。我们发现略有不同的结果。在日本供应中最多的三种合金是

1． Sn3Ag0.5Cu。共有100%供应商提供；
2． Sn3.8Ag0.7Cu。共有50%供应商提供；
3． Sn2.5Ag0.5Cu1.0Bi。共有40%供应商提供。

在这里，含Bi合金出现了。除此之外，日本供应界还出现了一种新的现象。就是摒弃了日本工业界一贯注重‘一致性’的做法，而出现了非常多的‘品种’供应。比如在含铋这合金上，6家供应商就出现了6种不同的配方。而其中除了上述3中的配方外，其他都是独家提供的。这情况也显示出商业界希望独占的意念以及无铅技术上的观点分歧现象。

不过不论如何，对于用户来说。情况还是较好的，因为综合以上目前技术上被看好的合金，以及市场的实际供应情况来看，我们的方向性是开始存在的。

由于先前提到的无铅合金的种类十分多（注五），好些较大的供应商都采取推荐某些标准合金配方，而辅以特别定购的做法。也就是说，用户是可能定购不同于常规供应的合金组合的焊料的。当然这一般在成本上会有些劣势。这也给用户提供了额外的选择，因为对于某些行业或用户来说，其选择的考虑重点是不同的。

用户该关注的问题：
虽然方向性较明确了。但这并不意味着用户的工作或风险少了。因为我们仍然面对着以下的问题。

首先是技术资料的完整问题。对于大多数的用户来说，我们是不可能自己投入在新焊料的质量研究工作上的。所以在选择上一般都得靠供应商的协助。在传统的含铅技术中，虽然技术上较无铅相对简单得多，但我们之中相信已有不少因为供应商出错而被连累的经验。在进入无铅时代，这问题不但不会得到解决，而且肯定会更加严重。一些较有技术和经济实力的供应商，虽然本身有好些经验，但在经验的完整性以及传授上出现问题是预料中的事。无铅技术的繁杂将是这现象无可避免。当我们和供应商仔细的交流时，您会发现他们看起来众多的实验研究中，其实只是覆盖了众多可能组合技术中的一部分，甚至只是属于一小的部分。而除非您的做法是打算直接采用他们的配套组合（注六），否则他们的研究结论并不能带给您很好的信心。例如一个在OSP上润湿良好的合金焊料，并不能保证在ENIG上也能够有很满意的润湿效果。而除非您不打算采用ENIG，否则缺乏对ENIG焊盘镀层试验分析的某种合金焊料，就属于‘技术资料不全’的例子。而对于用户就算是具有风险的供应。

其二是资料的准确性。这方面的问题很容易被忽视。尤其是国内的情况。这和用户心态，传统文化，基础能力等等都有关系（注七）。资料的准确性问题之所以会发生，是由于一些试验的做法出现错误所造成。例如我常见的一个问题，就是在焊接时热偶位置的错误选择以及连接的不良所造成的。我们不可能要求（或是不能够假设）所有进行焊料试验的人员都对焊接工艺十分了解。既然在试验时可能在做法上出错，就意味着我们所得到的资料有可能存在误导性。我再举个例子，若在一个试验中采用的炉子性能不理想（例如加热效率不佳，注八），或如果试验人员的工艺调制能力不好（例如不知道如何找对测温点和如何控制炉子的对流情况），试验的结果可能是某某焊料效果不理想（例如润湿不良或气孔多等等）。记得一点，质量的结果是由设计、材料（包括器件、焊料、PCB）、设备、工艺（参数测量和设置）所决定的。良好的材料，在其他因素不良的情况下也无法表现良好。这就是我常强调的技术整合处理。而切切也是许多工程师未具备的能力。

第三个该注意的问题是资料的适用性。也就是某供应商所提供的资料，即使试验过程中没有出现以上所说的技术问题，但其对于用户本身的适用性到底有多高，还是必须给于仔细考量的。比如我们可能在比较两种合金焊料，其中A焊料比起B焊料的润湿性差了某个程度（假设量化为X）。这并不能直观的被评为焊料A比B差。因为润湿性的好坏是否真的会是个问题，还得取决于用户的质量标准（而这又跟用户的产品以及所用器件封装设计有关）、以及设计能力（DFM和DFR能力）有关。如果用户的后两者都能够很好的处理的话，那‘A焊料润湿不良’这一资料对该用户来说，是属于不适用的。也就是个没有什么影响的信息资料。关键在于用户必须懂得如何去判断X值的影响力。注意在评估适用性时，很多时候是必须定量的。我再举一个例子来更好的说明这适用性的理念的重要。目前很多合金的可靠性试验研究，都是采用温度循环的‘疲劳损坏’模式的做法来评估焊点的寿命，而且多使用BGA和CSP类的球形焊点为对象（因为被普遍认为是可靠性要求最高的焊点模式）。但对于一些产品来说，比如电信业的机站，银行使用的超级电脑，建筑大楼的保安系统或电厂的保护系统等等，其焊点的破坏模式是以蠕变为主而非疲劳模式。而其所采用的器件焊端结构也非全是球形。我们都知道，疲劳寿命和蠕变寿命并没有直接的关系；球形焊端和其他焊端结构，由于应力点和模式的不同，也没有严格可循的关系。那以上常用的试验方法所得出的结论，到底对这些用户有多大的适用性？这是用户们所应该关心的。

很不幸的是，以上第二和第三种问题，很多时候并不是沟通交流所能够确定和解决的。而这意味着，如果用户要确保最小的使用风险，就必须准备对某些特性投入一定程度的认证工作。而这需要时间、成本以及支持等方面的资源。

无铅技术中的合金，很多都属于三元、四元、甚至是五和六元合金。这些合金的特性的变化并不像SnPb这类二元合金那么简单和容易预测。个别合金的重要特性，例如熔点温度、抗拉强度等等，往往因为其中某种金属含量的微小变化而发生巨大的变化。所以除非用户具有实际合金的研究试验资料，否则无法确定所选合金的实际特性。也就是说，我们并不能从Sn2.8Ag0.7Cu1.0Bi的试验结果，来准确的推断Sn2.5Ag0.7Cu1.0Bi。后者高出的6oC胶粘态温度可能使您的工艺难度大大提高。而Sn3.2Ag1.0Cu3.1Bi的疲劳寿命只有Sn3.1Ag0.5Cu1.0Bi合金的一半！

另外有一点重要的，是许多资料中所注重描述的，是某种合金（例如Sn3Ag0.5Cu）的试验结果。而往往没有清楚说明焊剂的种类（注九）。这在焊点可靠性方面的影响虽然较小（但也不是没有影响），但在工艺性分析中是个大问题。因为工艺性如印刷和焊接等，和锡膏的焊剂配方是很有关系的。而且一些工艺问题，例如气孔等，本身和质量又是脱离不了关系，所以这也是个可能误导用户的问题。比如一份常见的有关不同焊料合金的‘工艺性’比较的图表，我在好些文章以及讲座上都见过。这图表将不同的合金的总工艺性（包括润湿时间、润湿范围、焊球等）进行量化评分和比较。但关键的焊剂资料却从来没有公布，甚至连讲课推荐者本人也不知道。在目前的含铅时代中，有经验的用户应该都已经知道，不同锡膏的工艺性差别关键并不在Sn37Pb合金上，而是在不同牌子型号的焊剂上！

我个人建议工艺性都必须由用户本身来进行实际认证。

被看好的数种合金的特性：
就像我们此刻再来争论电子组装业界推行无铅是否能对环保起着作用，或是否值得推行无铅这课题已经没有多大的意义一样。我们也许没有必要去确定业界看好SAC等合金是否最科学合理了。对于被动的用户来说，我们应该做的，就是去学习和了解将被采用材料的特性了。以下是这些合金的特性重点总结。

SnAgCu（SAC）：
SAC合金是在SnAg的基础上加入Cu而成，假如Cu的目的是：
· 提高可靠性
· 降低熔点温度
· 提高润湿性
· 减少焊接时对Cu的溶蚀
SAC合金由于多方面性能表现较为平衡而受到看好。在过去数年来，大量的研究数据也大力的推动了它被业界认同和接受。首先是其疲劳寿命比起传统的SnPb高出许多而被看好。目前最多供应的Sn3Ag0.5Cu合金，据试验报告其疲劳寿命已经有Sn37Pb的近3倍之多。如果采用Sn3.1Ag1.5Cu合金还可能高达Sn37Pb的5倍！当我们研究SAC合金特性时也发现，Cu成分在0.5-1.5%左右，以及Ag成分在3-4.7%时的可靠性为最佳。

虽然业界的许多报告中提出SAC的疲劳寿命高于SnPb，但有一点需要知道的，是好些SAC合金配方的塑性应变（注十）会比Sn37Pb低。这对于某种故障模式，例如有些大尺寸的蠕变故障等是不利的。也就是说在那些使用模式下，SAC的可靠性未必会较Sn37Pb强。我曾读过两篇对抗蠕变能力不同结果和评语的报告。所以用户在使用时必须仔细的了解资料的适用和准确性。

熔点温度方面，看其中Ag和Cu成分而定。试验发现当Ag在3-4.7%，Cu在0.5-3%的范围内时，熔点温度是稳定的。一般所提供的合金组成的熔点温度在217oC左右。胶粘温度范围可能有较大的变化。例如Sn3.8Ag0.7Cu的温度是217-218oC，而Sn0.3-0.7Cu的温度范围则216-227oC。对SMT工艺而言，SAC的一般217oC熔点温度还稍嫌太高（注十一）。而且虽然熔点温度是217oC，SAC合金必须达到近240oC时才能完全进入液态。所以一般建议焊接温度应该达到245oC左右。这是目前SAC合金一个美中不足的地方。

在另外一个很受关注的润湿性特性上，SAC的表现不如SnPb合金，而在数种被推荐的无铅合金中也属于较差的。但在润湿时间和润湿度的测试结果，业界认为是可以接受的。这方面如果配合DFM和质量标准的修改是不成问题的。如果对润湿性要求高些，可以在SAC的基础上采用4元合金，例如加入Bi或In而达到很好的效果。例如Sn4.1Ag0.5Cu4In合金的润湿性就十分接近Sn37Pb。润湿性是SAC的另外一个不太理想的地方。

而由于润湿性较不理想，很多SAC锡膏就需要采用不同的焊剂配方。而这些焊剂配方的改变，也意味着对于回流曲线要求，以及印刷工艺上有可能有不同的要求。所以我建议选择SAC合金的用户们应该花点时间评估锡膏的可印性和了解其精确的焊接温度曲线。

SAC合金受到欧、美、日的一些权威机构所认同和推荐，例如美国的NEMI，欧洲的DTI，以及日本的JEITA等。推荐的配方以Sn3-4Ag0.5-2Cu范围为多。

SnAg:
早期就开始被用在厚膜技术中。主要的配方有Sn3-5Ag。多年的实际使用经验是它的强点。也由于它的高熔点温度（221-245oC），曾在80年代被使用在双面回流的第一面回流工艺上。SnAg目前供应相当普遍，以日本产家为主。主要的成分配方是Sn3.5Ag（221oC共晶）。

可靠性特性方面，Sn3.5Ag的抗拉和抗屈强度不如Sn37Pb，但塑性应变以及杨氏模量优于Sn37Pb。综合结果，从疲劳寿命试验中，测试结果是优于Sn37Pb约15%。

SnAg的润湿性和SnPb接近，对Cu的润湿性稍差与SnPb但对Ni较好。

SnAg的应用范围估计不会受到无铅技术的影响。虽然其润湿性优于SAC合金，但由于其熔点温度还高于一般的SAC，可靠性也不如SAC，估计被使广泛用在一般无铅SMT的机会也不大。

SnCu:
目前市场上有好些供应商提供SnCu合金，主要是被推荐使用在波峰焊接中的Sn0.7Cu。这合金被推荐的主要原因是成本因素。由于波峰焊接的成本主要来自焊料本身，所以Sn0.7Cu的采用的确可以较明显的影响成本。美国NEMI机构也推荐Sn0.7Cu。

另一方面，Sn0.7Cu的可靠性相对Sn37Pb来说低了很多，加上其熔点温度高（227oC），所以不被推荐使用在回流SMT上。这里应该注意的一点，是对于混装技术的选择。Sn0.7Cu可以被波峰焊接技术所接受，是优于考虑到通孔焊点的结构。但在混装技术中，PCBA上可能有很多属于表面焊接的SMD，这些焊点没有通孔结构来加强其抗拉和抗屈强度，所以可能是个可靠性的潜在问题。用户应该给于研究注意。

在润湿性上，Sn0.7Cu不如Sn37Pb，但强于SAC和SnAg合金。不过其波峰焊接工艺性相对传统的SnPb还是较难的。关键问题在于通孔的润湿填充，以及连锡桥接故障。另外，焊料中Cu含量的增加对熔点温度影响很大，大约2%的Cu就会将熔点温度提升到250oC。这告诉我们经常要监控锡槽中Cu的含量，锡槽中的SnCu会在使用中不断溶蚀PCB上的铜而造成熔点温度上升。这变化可能影响到要求较高的焊接工艺。

SnSb:
属于高温焊料，熔点在235-243oC。和SnAg一样也有一定的使用经验。所以应该在其原有范围内还会被继续使用。目前配方种类不多，几乎只采用Sn5Sb的配方。它的抗拉强度不如Sn37Pb，但塑性应变很好，所以整体的疲劳寿命还优于Sn37Pb约1.4倍。

Sn5Sb的润湿性不如SnPb，但业界测试结果认为可以接受。另外的一个问题，是Sb本身也算是有毒金属，毒性只在Pb和Ag之后。但由于其出现不是为了环保，而是以往在高温焊接需求下形成的，所以目前对它没有什么进行改善研究或做出必行被取代的决策。在RoHS法令下，Sb也不是6种被禁物之一。

SnBi和SnAgCuBi:
这含铋的合金很受到日本厂家的欢迎。二元合金的Sn58Bi是个常被使用在低温焊接需求的材料。铋的使用可以降低熔点温度（是无铅技术中的一个研究重点），减少表面张力（所以有较好的润湿性）。在SnPb的研究中，人们已经发现了是用铋能够强化焊点的寿命。例如加入2%铋的Sn37Pb2Bi，其寿命就比Sn37Pb长出60%左右。所以铋在无铅技术中是被重视的金属之一。但铋也带来其他的问题，包括其成分对合金机械特性的影响变化较大，容易有‘铅’污染问题，以及自然供应不多和成本较高等问题。

Ag的加入可以解决部分的特性不稳定的问题。所以后来使用铋的三或四元合金较受到欢迎。市场上含铋的标准焊料中，二元合金的只有Sn58Bi，而三和四元合金的焊料却有十数种。

SnAgCuBi合金受到欢迎的原因，一是其低温特性，例如Sn3.5Ag1Cu3Bi的熔点只有208-213oC。是可以在不更换现有炉子和工艺上进行焊接的。其二是其综合工艺性，在众多合金的评估中，是最接近SnPb的。也就是说，在加工工艺上最容易处理（这是它很受日本工业界看好的原因）。在可靠性上，其抗拉、抗屈、和塑性应变的特性都比Sn37Pb来得好，疲劳寿命也可能高出Sn37Pb一倍以上（Sn3.1Ag0.5Cu3.1Bi）。

美中不足的是，SnAgCuBi合金也具有好些弱点。一是它的熔化胶粘温度范围较大（可能高达45oC），所以在波峰焊接中很容易造成lifted Pad（注十二）的故障问题。而在回流焊接中则可能较难控制气孔的问题。第二个问题铋容易有‘铅污染’现象而影响焊点寿命。这在进入无铅的过渡期间，是用户们相当担心的问题之一。其三是铋的成本较高。


一级组装焊料问题：
其实目前电子组装业中还存在一个较严重但可能不需要急着解决的问题，就是‘一级组装’模块所使用的焊料合金问题。由于新的无铅合金多需要较高的焊接温度，这提升的温度使得以往原用来做一级组装的焊料合金，其熔点温度相对新无铅合金来说，已经不再是高温了。例如SnAg和SnSb合金等。而以往常用的Sn90Pb以及Sn88Pb2Ag，由于暂无法取得好的替代而被RoHS批准为豁免项。暂时不影响用户。


无铅合金的质量问题：
虽然目前有不少报告说明很多无铅合金在可靠性上都超越传统的SnPb合金。不过这并不表示无铅合金没有质量问题。而事实上，有些问题面前在技术上还没有获得解决。这些问题包括‘金属须’（Whisker），锡瘟（Tin Pest），铅污染（Pb contanmination），坑痕（Pitting），焊点抬起（Lifted Pad），气孔（Voids） 以及高温连带来的种种问题等等。由于篇幅关系，我将在日后的文章中再和读者们分享有关知识。


后语：
经过了十几个年头的研究，无铅合金材料的种类十分多。而且各有其优缺点。用户必须懂得如何选择最适合本身条件的，才能在质量成本等方面比他人做的好做的有效。相信读者们都知道，我们是不可能在有限的篇幅很仔细的谈论整个无铅技术的合金焊料知识的。按我本人的看法，学习研究无铅的，应该对大约15种合金有所认识。其中包括二、三和四元合金类。在市场上，目前约有60种‘常规’的焊料合金。他们之成为‘常规’焊料，意识作有一定数量的用户和使用信念和经验。当然，要去了解、分析和认证这60种焊料是不太可能的事。我的建议是，先从理论知识上了解他们（或至少我先前提到的约15种），然后配合自己的生产需求，选择较少量，在本身资源下允许的情况下，去进行足够的分析、认证和最后达到选择的目的。

由于篇幅我本人时间方面资源的限制，我们并未谈到许多其他的焊料、焊剂、和相关的工艺、成本、质量等等。有兴趣的读者可以进一步和KIC公司联系，或注意我们将来的一些培训讲座。



技术兼管理顾问
薛竞成
2005年4月

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注一：上几篇文章中我提到无铅对于电子板组装业来说，其实真正的环保意义并不大。所以许多专家认为，我们在电子组装业中推行无铅，其实是吃力不讨好的工作。

注二：很明显的一点可以从锡膏供应商中的做法看出，日本有超过50%的供应商提供含铋合金的标准产品。但美国几乎没有一家。欧盟中也不超过20%的商家提供。

注三：Sn0.7Cu被推荐用于波峰焊接技术中，主要是成本优势。而且在回流技术中，其227oC熔点是较难被广泛接受的。

注四：目前的亚洲锡膏供应商，在技术上受到日本的影响较为深重，所以其提供的技术和材料偏向和日本类同。

注五：20家供应商的考察中，单单所提供的‘标准’配方就有48种之多。

注六：这里所指的‘配套组合’包括所有器件材料、PCB材料以及焊料材料。

注七：对于这方面需要多了解的，我建议读者阅读我以前发表过有关知识管理等的问题，或北京《世界产品与技术》编辑部出版的《SMT应用管理文集》一书。

注八：我这里希望强调，炉子的好坏和‘牌子’没有直接关系！不能够以品牌来当成质量保证的依据。

注九：由于焊剂配方往往是供应商的竞争手段和商业机密，所以这方面的信息也很难从一般的资料获得。

注十：塑性应变（Plastic Strain）是个表示材料能够承受多大变形的可靠性参数。

注十一：从焊接工艺的角度、一般设备的性能、和一般对无铅器件耐热要求的角度来看，我们希望熔点温度在210oC或以下。工艺控制就不会太难。

注十二：Lifted Pad是指通孔经过波峰焊接后，在铜环面上的焊点和PCB面上的铜环脱离的故障现象。