無鉛焊接：控制與改進工藝ByGerjanDiepstraten本文描述怎樣控制與改進無鉛工藝...。在實施無鉛工藝之後，我們必須經常跟進、監察和分析資料，以保持工藝在控制之中。無鉛焊接已經引入了，因此無數的問題也提出來了。儘管如此，許多問題還是必須回答的，包括無鉛的定義、它的實施成本、和甚至是否所有技術問題已經解決。但是，實驗繼續在新的無鉛合金的可靠性上提供好的數位。本文討論成本與能量效應，並展示工藝必須不斷地檢驗，因爲技術與工藝知識在將來會改進的。一個標準改進模式，比如德明迴圈(Demingcycle)，可用來維護無鉛焊接工藝的控制，作出調整和改進，並在可能的時候實現成本的節約。材料成本焊錫作爲一個例子，某種焊接機的錫鍋含有大約760公斤的錫鉛(SnPb)合金。用SnPb來填滿錫鍋將花大約$3,960美元。SnPb的密度爲8.4g/mm3。用錫銅(SnCu)合金填滿相同的錫鍋需要661公斤，其密度爲7.31g/mm3:質量=(7.31÷8.4)x760=661.結果是焊錫成本增加28%或$5,063美元。其他無鉛替代方案，如錫銀(SnAg,135%)和錫銀銅(SnAgCu,145%)對焊錫成本的影響甚至更大。考慮到焊接點和將SnPb與無鉛進行比較，我們可以作下列計算。如果形狀相同，那麽無鉛合金的質量將較少，由於其密度較大。對於一個SnCu焊接的通孔引腳連接器，焊錫質量爲：(ρSnCuxρSnPb)xmassSnPb因爲焊點看上去不同，濕潤可能較差，焊點的角度不同，我們必須驗證是否計算的質量差別大約等於焊接點的實際質量增加。爲了證實，我們焊接一塊有連接器的板(每塊板總共192個引腳)，稱出焊接前後的重量差別(表一)。重量的增加多少都是所焊接的焊錫。表一、SnPb與SnCu的焊接質量比較SnPbSnCu焊接192個引腳的板，質量增加(克)1,5841,296焊錫成本100%128%焊接470個通孔的板，每孔的平均質量(毫克)10,3828,880焊錫成本100%126%助焊劑象在所有焊接工藝中一樣，助焊劑起主要的作用。可焊性和焊接缺陷可以改進和減少，如果使用正確的助焊劑。如果我們實施“綠色”焊接工藝，我們使用無VOC的水基助焊劑，它比醇基助焊劑有一些優勢。幾個試驗目前已經證明無VOC的助焊劑與無鉛焊錫比免洗助焊劑顯示較好的結果。特別是對於板上的殘留物和可焊性，它們是較好的。一個理由就是應用到板上的數量較少了。在助焊劑中的活性劑和化學物質在水中比在醇類中反應更有化學活性。雖然無VOC的助焊劑更貴，用這些助焊劑的總成本大約是相同的或甚至更少，因爲用於焊接的總數量將減少。如果可焊性提高，返工的數量將減少。助焊劑數量減少也將造成維護減少。清潔機器的零部件將較容易，可以用熱水而不是化學品和儀器來完成。可是，錫球的數量隨著無VOC助焊劑的使用而增加。這個增加的部分原因是工藝中較高的溫度，使得阻焊(solderresist)軟化。與錫鉛工藝比較，這些錫球的清除要容易得多。新的無VOC助焊劑現在正在開發。助焊劑供應商正嘗試將松香溶解與水基助焊劑，在錫球數量上的減少另人讚賞。這些研究將繼續下去，因爲大多數助焊劑供應商還沒有成功地找到正確的配方。元件對於許多元件，改變引腳的最終表面塗層將不是一個主要問題。如果發生對無鉛表面塗層的將來很大的需求，那麽元件供應商更可能在將來轉換而不是現在。因爲技術是現成的，這些元件的價格預計不會大幅地增加。SnAg與SnAgCu錫球對於BGA似乎是SnPb的一個可接受的替代。對於周邊封裝的替代引腳表面塗層正在研究之中，可靠性和錫須(tinwhisker)問題必須解決。較高的工藝溫度增加對元件潮濕敏感性性能和封裝完整性的要求。可以經受較高溫度，如280°C5秒鐘，的塑膠現在正在設計，將會把價格推高。因此，需要一種具有高精度(ΔT較小和良好的傳熱)的回流焊接爐來運行無鉛溫度曲線，滿足較便宜元件的規格。如果能將最高峰值溫度限制在245°C，並且將所有的焊錫按照無鉛錫膏的規格帶到熔點以上，那麽對於用戶可以得到元件成本的減少。板的材料除了禁止鉛之外，鹵化阻燃劑(halogenatedflameretardants)也將從板的材料中消除。因此，使用無鉛表面塗層的新的板材必須用較高玻璃態轉化溫度(Tg)來經受較高的工藝溫度。這些新的板材，以及無鉛表面塗層，將影響價格。現在還不清楚這些價格將增加多少，因爲多...
