中国SMT贴片加工技术已经走过25年,SMT锡焊技术是SMT技术重要组成部分。我有幸从事锡焊技术近四十年,并见证了我国SMT技术发展的辉煌历程。近年来,我主要致力于SMT无铅锡膏的研制与应用。作为回顾与展望,本文将分两个方面:(一)SMT锡焊技术回顾。(二)SMT无铅锡膏进展。
一、SMT锡焊技术回顾
SMT贴片加工技术与锡焊技术有着非常重要的关系。SMT锡焊技术包括手工焊、自动焊以及再流焊技术。上世纪80年代是我国锡焊技术从手工焊走向自动焊发展的成熟时机,也是形成近代锡焊技术理论的重要时期。
上世纪80年代有关锡焊技术的专著不多,主要有美国人H.H.Manko:“Solder and soldering”以及日本人田中和吉和大直泽等人的专著以及许多散布在期刊上的论文。上世纪80年代中期由电子工业部发起的元器件引线可焊性的研讨,是一次集中展现我国锡焊技术水平的重要会议,会议认同63/37、60/40锡铅焊料成为电子制造锡焊技术的主流焊料,同时探讨了焊料与母材结合的机理以及可焊性的测试方法等,对推动我国锡焊技术的发展起到了重要的作用,同时对SMT锡焊技术发展做好了前期准备。会议论文集汇集了我国自行研究和国外有关论述。
25年来我国SMT技术取得了飞速的发展,从无到有,从小到大,今天我国已能自行生产再流焊炉,无铅锡膏,AOI检测设备等,有些产品已经达到国际先进水平。因此,我认为如何推进SMT国产化是十分必要和有意义的。中国SMT产业总量已超过日本,这是多么巨大的变化啊,这是20多年前在日本研修的我难以想象的。我为祖国SMT事业发展感到自豪。
二)SMT无铅锡膏进展
欧盟在2006年7月1日全面禁止有铅电子产品进入,我国于2007年3月1日正式公布《电子产品污染控制办法》,绿色电子制造已成为全球发展趋势,无铅锡膏已成为世界各国研发的热门课题,国际先进品牌的无铅锡膏如阿尔法、田村、千住等已进入中国市场。
目前国际上普遍采用的是锡银铜无铅锡膏,其主要成分锡粉为日本千住公司的专利产品无铅合金锡银铜(Sn96.5%Ag3%Cu0.5),虽然其熔点(217-219℃)高于有铅锡膏的熔点(183℃),但符合环保要求,且可靠性强,是使用较广的第一代无铅锡膏。但该产品由于银含量过高,且有日本千住的专利垄断,因此价格昂贵。
从2007年开始,美国、日本、中国等纷纷开发研究第二代高性价比无铅锡膏。所谓第二代高性价比无铅锡膏,锡粉由低银或无银合金组成,助焊剂中卤素含量低或完全不含卤素。上海华庆公司通过多年研究,所开发的第二代高性价比无铅锡膏,由自主开发的含非离子卤化物的松香助焊剂和低银锡银铜(Sn99%Ag0.3%Cu0.7%)锡粉混合而成,不但质量、可靠性强、锡膏寿命高、可焊性好,且贵金属银含量只有第一代无铅锡银铜锡膏的1/10,大大降低了生产成本,并有效避开了国外专利。本产品属第二代低银无铅锡膏,在无铅锡膏市场具有明显的市场竞争优势,同时本公司正在研发的熔点更低、成本更低的锡铋铜(Sn82.5%Bi17%Cu0.5%)无铅锡膏,该产品可填补国内外空白。
电子工业用锡铅焊料已有五十多年的历史,近年来为了减少铅对环境的污染和人类健康的影响,世界各国相继研发出各种无铅焊料,如锡银系、锡铜系、锡铋系、锡锌系等无铅焊料。目前主流的无铅锡膏为锡银铜无铅锡膏,锡银铜系的主流无铅合金为Sn96.5%Ag3%Cu0.5,熔点为217-219℃,具有较好的性能,但由于含银量较高,造成锡膏的性价比较低,因此目前世界上正开发第二代低银(0307)以替代高银无铅锡膏(305)。此外,由于锡银铜合金熔点大大高于锡铅(Sn63/Pb37)合金183℃的熔点,其再流焊峰值温度在235℃以上,大大高于锡铅(Sn63/Pb37) 锡膏再流焊峰值温度(210-230℃)。目前可以达到或接近锡铅合金(Sn63/Pb37)熔点(183℃)的合金有锡锌(Sn91%Zn9%)合金,其熔点为199℃;但由于锌极易氧化,可焊性差,很难制成优良的锡膏。而锡铋(Sn52%Bi48%)合金由于其熔点温度为139℃,虽然可焊性好,但熔点太低,可靠性较差。同时,典型无铅锡膏合金(如:Sn96.5%Ag3.5%, Sn96.5%Ag3%Cu0.5%等)由于所需再流峰值温度较高,容易对耐热性差的元件或PCB造成损伤,因此锡银铜Sn96.5%Ag0.3%Cu0.7和锡铋铜Sn82.5%Bi17%Cu0.5无铅锡膏成为当前开发研究的方向。
综上所述我们认为第二代高性价比无铅锡膏主要是以无铅化、无卤化、低银化以及多品种方向发展。目前市场上主要品种有低银锡银铜和低温锡铋铜无铅锡膏。目前将是个多品种的无铅锡膏时代,以适应环保、能源和成本的挑战。
我们深信随着科学技术的进步,可靠性数据的积累以及大量的生产实践,最终将出现一种或几种无铅锡膏来取代有铅锡膏,以完成无铅化的转换。
25年流矢般的过去,勇全也走过10年艰苦历程。未来25年,将是我国从SMT大国走向SMT强国的时期,我们应该尽早制订中国SMT工程发展路线图,以适应国际竞争的形势。“奋斗不止,生命不息”,让我们为SMT事业再创辉煌而努力奋斗吧!
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