无铅合金的发展

无铅合金|无铅锡合金|无铅焊锡合金-台锡

   “铅”这金属,在制造工艺上和锡的配合是完美的金属。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种替代。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SnAgSnCuSnCuAgSnBi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AgNi/AuAg/Pd等等),以及不同的PCB焊盘镀层材料(例如ENIGOSPImAg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35年,我们的选择方向已经较为明确。比如目前我们都知道(或至少较常听到,SAC金属将可能成为受欢迎的等等)。这样的认同,不论是否合理或合乎科学性,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,都知道我们所使用的研究试验方法,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。

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