文档介绍：Sn--Zn 系无铅焊料实用化状况与今后的课题
中国电子科技集团公司电子第二研究所梁鸿卿
1 绪言
欧洲联合体(EU)共 15 个国家决定,从 2006 年 7 月 1 日开始,限制在电子电气
设备上使用有害化学物质。除限制铅、镉、水银、六价铬以外,还把作为阻燃剂的
聚合溴化联苯(PBB)与聚合溴化联苯乙醚(PBDE)列为禁用对象。受欧洲规定
的制约,各电子设备制造商以各自在欧洲的限制产品为主开始设定禁用物质。具体
对电子产品制造商来说,力求分时期分阶段将使用量为零。该规定要求在实施日清
晨,所有被限制的商品应从商店里销声匿迹,如果考虑到开发产品,库存产品和保
留产品的话,在该年度中达到要求也不能说时间宽裕。目前正在抓紧考虑包括政
策、法规、营销部门等全公司体制的组合事宜。
焊接材料的无铅化与采购器件不同,即使在本公司有制作能力强的制造部门也有
限,因为毕竟不是材料制造商。与限制规定以前情况不同的是,各电子设备制造公
司不得不采用无铅焊料。与 Sn-Pb 焊料相比,价格高且高出 35℃的 Sn-Ag 系焊料
有许多不尽人意之处。而 Sn-Zn 系焊料颇受期待。Sn-Zn 系焊料用的助焊剂和焊膏
也在开发中,并已有实用报告。本文通过作者经历介绍 Sn-Zn 系焊料的实用化状况
与今后的课题。
2 低温无铅焊料的位置
现今主流焊料为 Sn-Ag-Cu,但融点高达 218℃。与原来的 Sn-Pn 共晶焊料的 183℃
相比,焊接温度高出 35℃。一方面,大部分电子器件的耐热温度根据原来焊接温
度规定的上限值为 235℃。因此当焊接时,配线板内温度偏差Δt 的容许温度范围
明显变窄。正常在电子产品中,使用 Sn-Pb 共晶焊料场合的焊接容许温度范围为
30℃。这是指在再流焊炉内焊料熔融且能良好焊接的最低温度,与器件自身能耐温
度的差。但是,在炉内的易加热度由于受基板周围的器件的影响,即使是 30℃也
不是一个宽裕值。因此在目前采用无铅焊料时,把器件的上升温度抑制在过去的水
平,只把焊接温度提高而已。图 1 示出目前产品的温度偏差,全部实现无铅化有困
难。解决的办法是:①在设计阶段改善基板的均热性;②引入均热的再流焊设备;
③改善器件的耐热性;④采用低温无铅焊料。当然,采用低温无铅焊料若能解决问
题,不仅负担少。而且效果好。各电子设备制造厂家之所以期待 Sn-Zn 焊料材料,
其理由也在于此。
3 低温无铅焊料的开发历史
在 1990 年,美国议会提出一项铅信托基金法,是一项作为将来立法依据的报告。2 年~3 年后,确立了对美国
进口的含铅制品进行限制,从而开始着手开发低温无铅焊料。当初不仅考虑无铅化,而且还以通过不耐热器件
的焊接操作和器件干燥操作及削减设备经费来改善制造成本为目标。原来曾试图采用融点在 117℃的 Sn-In 共
晶焊料,但由于焊料粉末极易氧化,而且当时的助焊剂还没达到焊膏化。随后开始着手开发融点为 193℃的
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Sn-Bi 共晶焊膏,并完成了 Sn-57Bi-1Ag(wt%)焊料组成的焊膏。该成分的焊料(见图