錫/鉛(Tin/Lead)成分的焊錫是電子裝配中最常用的焊錫，可是，在去年整個工業(yè)出現(xiàn)一股推動力向無鉛焊錫轉(zhuǎn)換。其理由是人們越來越了解有關(guān)鉛的使用及其對人類健康的不良影響。

與鉛有關(guān)的健康危害包括神經(jīng)系統(tǒng)和生育系統(tǒng)紊亂、神經(jīng)和身體發(fā)育遲緩。鉛中毒特別對年幼兒童的神經(jīng)發(fā)育有危害。已有法律來控制鉛的使用，例如，鉛在鉛錘、汽油和油畫中的使用有嚴(yán)格的規(guī)范，在美國從1978 年起，鉛在消費(fèi)油畫中的使用已被禁止，其它相關(guān)的法規(guī)在美國、歐洲和日本正在孕育之中。 表一顯示了鉛在各種產(chǎn)品中的使用量，蓄電池占鉛用量的80%，電子焊錫大約占所有鉛用量的0.5%，即使鉛在電子焊錫中的使用被禁止，也不能解決全部的鉛中毒問題。可是，電子焊錫中的0.5%的鉛數(shù)量上還是可觀的。

表一、鉛在產(chǎn)品中的消耗量產(chǎn)品 消耗量蓄電池其它氧化物(油畫、玻璃和陶瓷產(chǎn)品、顏料和化學(xué)品彈藥鉛箔紙電纜覆蓋物鑄造金屬銅錠、銅坯管道、彎頭和其它擠壓成型產(chǎn)品焊錫(非電子焊錫電子焊錫其它代替鉛的元素電子工業(yè)正在尋找無鉛焊錫，能夠取代普遍接受和廣泛使用的錫/鉛焊錫。研究與開發(fā)的努力集中在潛在的合金上面，這種合金要提供與錫/鉛共晶焊錫相似的物理、機(jī)械、溫度和電氣性能。表二是可以取代鉛的金屬及其相對成本。

表二、替代鉛的材料及其相對價格鉛的替代元素 相對價格鉛(參考值銻鉍銅銦銀錫鋅除了成本之外，還必須了解考慮作為鉛替代的元素的供需情況。如表三所示，含鉍合金從可利用資源的出發(fā)點(diǎn)上是無希望的，現(xiàn)在可利用得鉍供應(yīng)可能被全部用完，如果將此合金廣泛用于正在蓬勃發(fā)展的電子工業(yè)。

表三、美國礦產(chǎn)局有關(guān)不同元素的世界用量及產(chǎn)量的數(shù)據(jù)元素世界用量(噸世界產(chǎn)量(噸剩余產(chǎn)量(噸注：現(xiàn)在世界焊錫消耗量 = 60,000 噸，或 6,600,000 升從表二所顯示的潛在替代金屬的相對價格看，很明顯，許多無鉛焊錫將比其替代的錫/鉛焊錫貴得多。例如，銦(In)是用來取代鉛的主要元素之一，但它是一種次貴重金屬，幾乎和銀一樣貴。可是應(yīng)該注意，所建議的焊錫合金的高成本在決定最終產(chǎn)品價格時，并不象最初所顯示的那么重要。因?yàn)樗璧牧可伲谘b配中，和其它成本因素如：元件、電路板及裝配相比，焊錫成本幾乎不重要。所選合金的性能是非常重要的。

無鉛焊錫及其特性和溫度、機(jī)械、蠕變、疲勞特性一樣，熔化溫度點(diǎn)是最重要的焊錫特性之一。表四提供了現(xiàn)時能買到的無鉛焊錫一覽表。

表四、無鉛焊錫及其特性無鉛焊錫化學(xué)成份熔點(diǎn)范圍說明° C 共熔低熔點(diǎn)、昂貴、強(qiáng)度低° C 共熔已制定、Bi的可利用關(guān)注° C 共熔渣多、潛在腐蝕性° C 共熔高強(qiáng)度、很好的溫度疲勞特性°高強(qiáng)度、好的溫度疲勞特性°高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)°好的剪切強(qiáng)度和溫度疲勞特性°摩托羅拉專利、高強(qiáng)度°高熔點(diǎn)° C 共熔高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)應(yīng)該注意到，無鉛焊錫的化學(xué)成份還正在優(yōu)化，以達(dá)到所希望的特性。表四中的焊錫化學(xué)成份可能在商業(yè)上購買的焊錫中有稍微的不同。例如，表五顯示了一些從不同的供應(yīng)商購買的焊錫品牌。

表五、不同供應(yīng)商的無鉛焊錫焊錫名稱化學(xué)成份熔點(diǎn)說明°C 潛在的In/Pb不兼容性，要求對 PCB 焊盤和元件引腳無鉛電鍍°C 液態(tài)溫度太高，要求260°C以上的波峰焊溫度°C 潛在的In/Pb不兼容性，要求對PCB焊盤和元件引腳無鉛電鍍°C 液態(tài)溫度太高，要求260°C以上的波峰焊溫度°C 液態(tài)溫度太高，要求260°C以上的波峰焊溫度含有高量銦(In)的無鉛焊錫(如表五中第一種合金)有潛在的銦和鉛的不兼容性，如果板面和元件引腳上有鉛的話。為了得到真正的無鉛工藝，如果使用含銦合金，則可能有必要在PCB上使用無鉛表面處理。工業(yè)上正注重開發(fā)可替代的電鍍層。例如Alpha Metal 的AlphaLevel閃燃銀電鍍，和Motorola的對板層和元件引腳的錫/鉍電鍍。

從表四我們可以看到，無鉛焊錫要不比錫/鉛共晶合金的熔點(diǎn)低很多，要不高很多。表五所示大都是較高溫度的無鉛焊錫。當(dāng)使用低溫焊錫時，需要特殊的助焊劑，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的助焊劑可能在低溫下無活性。和低溫焊錫有關(guān)的另一個溫題是由于次共熔溫度下，較低的流動性引起的潤濕特性的減少。

對低溫應(yīng)用，含銦焊錫正得到接受。一些公司正使用一種52In/48Sn的含銦焊錫，因?yàn)槠漭^好的返工/返修特性。因?yàn)樵摵辖鸬娜埸c(diǎn)在118° C(244° F)，返工是在低溫下進(jìn)行，一般不會引起溫度損壞。如果印刷電路板是鍍金作防氧化用，那么，含銦焊錫可用來防止金流失。

另一種低熔點(diǎn)無鉛焊錫是58Bi/42Sn。如果我們看看Sn/Bi合金的金相圖，會發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)在138° C。鉍用于焊接合金中以達(dá)到低的焊接溫度，但該合金一般顯示出差的液化特性。

表四中列出的許多其它合金，比錫/鉛共晶的熔點(diǎn)183° C要高很多。如，鋅/錫高溫?zé)o鉛焊錫的熔點(diǎn)為198° C。 高熔點(diǎn)焊錫將和現(xiàn)在廣泛使用的基板材料，如FR-4，不相融合。另外，返工不得不采用高溫，將大大增加對板損壞的可能性。現(xiàn)時還沒有混入式的無鉛焊錫替代產(chǎn)品，雖然有些供應(yīng)商把他們的焊錫描述成“幾乎混入式的”。甚至這些要求返工的焊接烙鐵的溫度高達(dá)400° C(750° F)，這在某些方面的應(yīng)用是一個太高的溫度，可能引起潛在的溫度損壞。還有，在波峰焊接中使用高熔點(diǎn)焊錫的關(guān)鍵問題之一是，增加電容斷裂的可能性。波峰焊接溫度需要保持在大約230~245° C，高過錫/鉛焊錫熔點(diǎn)大約45~65° C。一種熔點(diǎn)為220° C的無鉛焊錫，要求265~280° C的波峰焊接溫度，這增加了預(yù)熱和波峰之間的溫度差，增加了電容斷裂的可能性。

一般來說，幾乎所有的無鉛焊錫都比錫/鉛共晶的潤濕性能(擴(kuò)散性)差，引起不良的焊腳。為了改善潤濕性能，要求特別的助焊劑配方。無鉛焊錫的疲勞特性也不太好，雖能在一份研究中，用高溫95.6Sn/3.5Ag(表四中最后一種合金)進(jìn)行溫度循環(huán)后，沒有觀察到焊接點(diǎn)完整性的退化。

理想的焊錫熔點(diǎn)應(yīng)在大約180° C，這樣回流溫度為210~230° C，波峰爐溫為235~245° C，手工焊接溫度為345~400° C(650~700° F)。只有很熟練的操作員才可以操作更高的手工焊接溫度，而避免溫度損壞。

電子工業(yè)協(xié)會(IPC)的標(biāo)準(zhǔn)，J-STD-006，提供了詳細(xì)的錫/鉛和無鉛焊錫的列表。可是，沒有哪一種無鉛焊錫被認(rèn)定為混入式的錫/鉛共晶的替代產(chǎn)品。工業(yè)還在尋找真正可以替代錫/鉛共晶的正確的無鉛焊錫。這是一個工業(yè)必須應(yīng)付的挑戰(zhàn)。