如何选择无铅材料

 
众多机构如 JEITA、iNEMI、IPC等对各种无铅合金如 SnAgCu、SnZnBi、 SnAgBi 和SnCu等已展开了全面研究。结论都是根据合金的物理及机械性质给出的,推荐合金的依据也是这些性质。
那么,如何选择适合的合金呢?完全取决于其应用工艺。尽管不少组织声明 SAC 已达到了 99% 的使用率,但实际上,目前没有一种合金可以应用于所有的领域。当选择一种合金替代锡铅时,我们不仅需要根据其物理及机械性质,还必须了解其焊点的可靠性和工业要求。例如,在温度控制比较紧密,而且板和元件可以承受较高温度的小 PCB 板上, SAC 似乎表现不错。换句话说,不同条件下使用这种合金时,需要做很多调整。
在使用较大 PCB 板的工业应用或高端产品应用中,热敏元件和更换设备的费用就成了一个问题,需要一个“直接替代”的解快方案。业界需要寻找更低温的无铅焊料,而这些焊料大多含 Bi 、 Zn 和 In 。 Zn 是具有腐蚀性的元素,而 Bi 比较脆和硬,因此 In 成了可以降低温度的较好选择。对于含 In 的合金,从温度降低和焊点可靠性等方面进行的研究结果,已证实 SnAgCuIn 合金在温度循环测试、热冲击测试等方面具有更好的可靠性。据 Omron 发表的“无铅焊料的实际应用”:“ SnAgCuIn 经过 200 个循环后仍没有焊点裂缝,比锡铅的可靠性还要好。而 SnAgBiCu 不能承受范围较宽的快速热冲击,其可靠性不如锡铅。”
日本工业界如 Hitach 、 Omron 等,多年来已对 SnAgCuIn 做了大量测试,一致认可“直接替代”的合金的优点,相关文章在网上和报纸上发表。工业界生产的医用设备、光学设备、导航控制系统和高速印刷机等所用的 PCB 板尺寸都要比普通板大,或者围绕有许多热敏设备,应用“直接替代”含义的合金之后,并没有遇到在使用普通无铅焊料时所碰到的问题。正如 Sugawara 在报纸上发表的文章中所言,“ Hitach Seisakusho 选择低温的无铅合金,是因为它在经过各种各样的测试,包括焊点强度、热循环、高温老化后,仍具有长期的可靠性,所以 Hitach 正在考虑在那些绝对需要长期可靠性的产品中使用低温的无铅焊料,譬如电话接线总机和医用设备等。”
总之,选择无铅焊料,不可能只有单一供应来源的合金来替代,正如锡铅合金一样。工业界需要仔细地权衡其应用领域、真实的工艺成本和可靠性。距离 RoHS 要求的期限越来越近,在决定应使用的合适的合金上,工业界必须扮演更加活跃、更加积极的角色。
大量数据和证据表明, SnAgCuIn 合金是众多无铅合金中可以“直接替代”的一种合金,具有较高的可靠性。不幸的是,由于这种合金含有铟,故而成本方面比其他无铅合金高,所以只用于那些大的 PCB 板和高端产品上。从可靠性和易于操作、无需改变设备和材料等方面考虑,它的成本的增加不会与其它的无铅焊料有什么不同。引用 Sugawara 的原话:“尽管指出铟是稀有金属而且昂贵,其成本增加了约 20-30% ,但不论铟有多么稀有,焊膏工艺的成本本来就是较高的。”
最近,无铅领域的一些专家争论 SnAgCuIn 的专利和供应来源将会是一个问题。在任何情况下,当一种合金被工业界认可,这种合金只有一个供应来源,那么要满足合金的需求是不可能的,在工业界的压力下,毫无疑问,合金的供应和全球化的支持将会增长。

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