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无铅锡丝的特性及应用

传统的有铅焊料,多为63Sn/37Pb,铅的百分比为37%。由于铅对环境有较严重的污染,欧盟及中国先后颁布了法律,严禁使用有铅焊料,只允许使用无铅焊接材料。

一般认为,当铅的含量<0.1%-0.2%(重量百分比)时,才可以算是无铅焊料。目前新的无铅焊料有很多,每个客户选用的也不相同,有关的理论分析与测试分析的文章非常多,观点不大一样,有关的专利在1000种以上。这里只介绍三种最主要的无铅焊料:

高熔点无铅焊料( 熔点在205℃以上)

Sn/Ag/Cu—熔点217℃,主要有3种Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5(305);Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7(387)和Sn95.5/Ag4.0/Cu0.5(405)。远天电子建议用Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5, 因为材料成本最低,性能相当。

Sn/Cu—熔点:227℃

Sn/Ag—熔点:221℃

Sn/Ag/Cu/Bi—熔点:217℃

中熔点无铅焊料 (熔点在 180℃以上)

Sn/Ag/Cu/Bi(不同配方)—熔点:200-216℃

Sn/Zn—熔点:199℃

低熔点无铅焊料 (熔点在180℃以下)

Sn/Bi—熔点:138℃

 

在当前市场上,综合各种因素,应用高熔点无铅焊料的比较广泛,所以下面重点介绍一下高熔点无铅焊料。

Sn/Ag/Cu—主流产品

成分Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7(387),摩托罗拉、诺基亚和爱立信等公司选用此类产品。

优点:可焊接性比较好,湿润强度、湿润速度、高温稳定性也比较好。焊点的机械强度较好,熔点217℃,可兼用波峰焊与熔焊。这是欧盟认定的配方。

美国iNEMI认定Sn95.5/Ag3.9/Cu0.6(396)配方(用于 熔焊,如果用于波峰焊,认定Sn99.3/Cu0.7的配方)。

日本JIEDA 认定Sn95.5/Ag3.0/Cu0.5(305)配方。

一般的无铅焊料与电镀的Sn-Pb层之间往往兼容性差,但Sn/Ag/Cu无铅焊料还不算太差。

Sn/Cu

成分99.3Sn/0.7Cu,北电、雷声(Racal)等公司采用。适合焊接生活器件、食品机械。

优点:主要用于波峰焊。因为不含Ag,价格略低,锡流不易氧化,浮渣也不多,熔点227℃。但是,在焊接可靠性与焊接强度比Sn/Ag/Cu差。有的公司为了降低成本,在SMT阶段用 Sn/Ag/Cu,在波峰焊用Sn/Cu,这种混合使用的方法,对企业的质量管理要求较高。

缺点:熔点较高。

Sn/Ag

成分96.5Sn/3.5Ag,福特、摩托罗拉和美国国家制造科学中心(NCMS)采用。适合焊接含银件、家电、航空航天、通信产品及汽车装备等。

优点:机械强度好,可焊接性好。导电性比有铅焊料好,熔点221℃。某些日本和德国的专家认为该焊料是取代SnPb最合适的焊料,但是美国业者认为不如Sn/Ag/Cu。

缺点:价格高,润湿性较差,原因是液态表面张力比较大。

Sn/Ag/Cu/Bi

索尼等公司采用。

优点:好的可焊接性,波峰焊与SMT焊接都可以。加 入Bi的目的是为了降低熔点,润湿性也有所改善,熔点200- 217℃。

缺点:在波峰焊通孔处发生焊点裂纹(Fillet lifting) 现象,原因是无铅焊料沿X-Y方向的膨胀系数高于PCB,而 PCB沿Z方向上的膨胀系数又高于无铅焊料,特别是含Bi的无铅 焊料,该缺点更为明显。

注意:在高、中熔点焊料都有此种成分。