无铅焊锡丝助焊探讨 - 绿志岛—领先绿色科技

在无铅药芯焊锡丝的手工烙铁焊中，烙铁头的温度设定都在300 ℃以上。当代绿色电子工艺的要求对药芯助焊剂带来了巨大的挑战：

1、松香的活性温度一般在300 ℃以下，温度超过315 ℃时几乎无任何活性，目前广泛应用的松香基无铅药芯助焊剂助焊活性不足；
2、焊后有害残留物多，目前的松香基助焊剂都含有卤素，其残留物中的卤素离子在高湿高热环境下易腐蚀线路板、焊点及元器件，导致绝缘性变差和电路接触不良，残留物的清洗过程产生的废液也严重污染环境；
3、松香基固体助焊剂焊接后焊点容易变色，高温下松香易碳化变色，使焊点变黑，影响美观，限制了其在高端电子产品中的使用。

助焊剂的载体成分应对有机酸活性成分和其他成分具有良好的溶解性，能够形成均匀一致的液体。其次要满足实际的药芯焊锡丝制备工艺和焊接温度要求。Sn- 0.7Cu无铅药芯焊锡丝挤压成型温度为110 ℃～130 ℃，要求助焊剂在110 ℃时能完全熔化，形成均匀液体且流动性良好，能够顺利压入焊锡丝内部形成连续的药芯。另外为使药芯焊丝在拉丝过程中不流出，要求助焊剂在80 ℃以下为固态。无铅焊料手工烙铁焊温度在300 ℃以上，助焊剂的沸点应与之相接近，不能偏离太多，这是因为助焊剂沸点较低载体容易挥发，在焊接过程中过早失去活性，沸点较高会导致焊后残留物增多。松香是典型的载体物质，常温呈中性，对金属无任何腐蚀，且能溶解各种有机物，不吸潮，不导电，是良好的活性剂和成膜剂，一直被用作载体，载体组份十八酸沸点为376.1 ℃，加入松香可以调节沸点。但Sn-0.7Cu无铅药芯焊锡丝手工烙铁焊温度高，松香失去活性，碳化变色，实验研究表明减少松香添加量，添加其他有机物能 实现良好焊接。

无铅焊锡对助焊剂的要求:

1、由于焊剂与合金表面之间有化学反应，因此不同合金成分要选择不同的助焊剂;由于无铅合金的浸润性差，要求助焊剂活性高；提高助焊剂的活化温度，要适应无铅高温焊接温度;)焊后残留物少，并且无腐蚀性，满足ICT探针能力和电迁移。

2、焊膏印刷性、可焊性的关键在于助焊剂。确定了无铅合金后，关键在于助焊剂。选择焊膏要做工艺试验，看看印刷性能否满足要求，焊后质量如何。总之要选择适合自己产品和工艺的焊膏。

3、无铅焊剂必须专门配制焊膏中的助焊剂是净化焊接表面，提高润湿性，防止焊料氧化和确保焊膏质量以及优良工艺性的关键材料。高温下助焊剂对PCB的焊盘，元器件端头和引脚表面的氧化层起到清洗作用，同时对金属表面产生活化作用。

4、波峰焊中无VOC免清洗耳恭听焊剂也需要特殊配制。无铅焊膏和波峰焊的水溶性焊剂对某些产品也是需要的。

高温对元件的不利影响：

陶瓷电阻和特殊的电容对温度曲线的斜率(温度的变化速率)非常敏感,由于陶瓷体与PCB的热膨胀系数CTE相差大，在焊点冷却时容易造成元件体和焊点裂纹，元件开裂现象与CTE的差异、温度、元件的尺寸大小成正比。铝电解电容对清晰度极其敏感:连接器和其他塑料封装元件在高温时失效明显增加。主要是分层、爆米花、变形等、粗略统计，温度每提高10℃，潮湿敏感元件(MSL)的可靠性降1级。解决措施是尽量降低峰值温度;对潮湿敏感元件进行去潮烘烤处理。

高温对PCB的不利影响:

高温对PCB的不利影响在第三节中已经做了分析，高温容易PCB的热变形、因树脂老化变质而降低强度和绝缘电阻值，由于PCB的Z轴与XY方向的CTE不匹配造成金属化孔镀层断裂而失效等可靠性问题。解决措施是尽量降低峰值温度，一般简单的消费类产品可以采用FR-4基材，厚板和复杂产品需要采用耐高温的FR-5或CEMn来替代FR-4基材。

电气可靠性:

回流焊、波峰焊、返修形成的助焊剂残留物，在潮湿环境和一定电压下，导电体之间可能会发生电化学反应，导致表面绝缘电阻的下降。如果有电迁移和枝状结晶(锡须)生长的出现，将发生导线间的短路，造成电迁移(俗称“漏电”)的风险。为了保证电气可靠性，需要对不同免清洗助焊剂的性能进行评估。

关于无铅返修:

① 铅焊料的返修相当困难，主要原因：无铅焊料合金润湿性差。温度高(简单PCB235℃，复杂PCB260℃)。工艺窗口小。

② 无铅返修注意事项：选择适当的返修设备和工具。正确作用返修设备和工具。正确选择焊膏、焊剂、焊锡丝等材料。正确设置焊接参数。除了要适应无铅焊料的高熔点和低润湿性。同时返修过程中一定要小心，将任何潜在的对元件和PCB的可靠性产生不利影响的因素降至最低。

关于过度时期无铅和有铅混用情况总结:

无铅焊料和无铅焊端――效果最好。无铅焊料和有铅焊端――目前普通使用，可以应用，但必须控制Pb，Cu等的含量，要配制相应的助焊剂，还要严格控制温度曲线等工艺参数，否则会造成可靠性问题。有铅焊料和无铅焊端――效果最差，BGA、CSP无铅焊球是不能用到有铅工艺中的，不建议采用。

目前无铅工艺当中采用的钎焊料相对比原来的焊料成分方面锡的含量增大很多，其合金成分相对有很大的提升。在生产加工过程中，其锡渣的产生量比原来普通焊料的产生量也有很大幅度的提高。如果能将锡渣的产生量降低则对于材料消耗方面的成本控制是有益的。

锡渣主要是锡在高温环境下和氧气发生反应产生的氧化物，通过物理高温搅拌可以将大部分的锡氧分离(即锡渣还原)，将分离的锡重新使用，也可利用化学置换还原反应将锡渣中的氧分子置换后还原成纯锡而重复使用。