無鉛錫膏，並非絕對的百分百禁絕錫膏內鉛的存在，而是要求鉛含量必須減少到低於1000ppm(<0.1%)的水平，同時意味著電子製造必須符合無鉛的組裝工藝要求。“電子無鉛化”也常用於泛指包括鉛在內的六種有毒有害材料的含量必須控制在1000ppm的水平內。
基本介紹
- 中文名：無鉛錫膏
- 英文名：solder paste
- 熔點：熔點較低,焊接溫度較低
- 密度：大約8.7g/cm-3
- 外觀：淡灰色,圓滑膏狀無分層
- 套用：焊接工程中
- 安全性描述：對人體有害
- 危險性描述：對人體有害
- 成分：主要是由錫/銀/銅三部分組成
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發展進程
1991和1993年：美國參議院提出將電子焊料中鉛含量控制在0.1%以下的要求，遭到美國工業界強烈反對而夭折；
1991年起NEMI, NCMS, NIST, DIT, NPL, PCIF, ITRI, JIEP等組織相繼開展無鉛焊料的專題研究，耗資超過 2000萬美元，目前仍在繼續；
1998年日本修訂家用電子產品再生法，驅使企業界開發無鉛電子產品；
1998年10月日本松夏公司第一款批量生產的無鉛電子產品問世；
2000年6月：美國IPC Lead-Free Roadmap 第4版發表，建議美國企業界於2001年推出無鉛化電子產品，2004年實現全面無鉛化；
2000年8月：日本 JEITA Lead-Free Roadmap 1.3 版發表，建議日本企業界於2003年實現標準化無鉛電子組裝；
2002年1月歐盟 Lead-Free Roadmap1.0 版發表，根據問卷調查結果向業界提供關於無鉛化的重要統計資料；
歐盟議會和歐盟理事會2003年1月23日發布了第2002/95/EC號《關於在電氣電子設備中限制使用某些有害物質的指令》，在這個指令中，歐盟明確規定了六種有害物質為：“汞（Hg）、鎘（Cd）、六價鉻（Cr）、鉛（Pb）、聚溴聯苯（PBB）、聚溴二苯醚（PBDE）”；並強制要求自2006年7月1日起，在歐洲市場上銷售的電子產品必須為無鉛的電子產品；（個別類型電子產品暫時除外）
2003年3月，中國信息產業部擬定《電子信息產品生產污染防治管理辦法》，提議自2006年7月1日起投放市場的國家重點監管目錄內的電子信息產品不能含有Pb。
主要成分
在無鉛錫膏在成分中，主要是由錫/銀/銅三部分組成，由銀和銅來代替原來的鉛的成分。 一、根本的特性和現象在錫/銀/銅系統中，錫與次要元素(銀和銅)之間的冶金反應是決定套用溫度、固化機制以及機械性能的主要因素。按照二元相點陣圖，在這三個元素之間有三種可能的二元共晶反應。銀與錫之間的一種反應在221°C形成錫基質相位的共晶結構和ε金屬之間的化合相位(Ag3Sn)。銅與錫反應在227°C形成錫基質相位的共晶結構和η金屬間的化合相位(Cu6Sn5)。銀也可以與銅反應在779°C形成富銀α相和富銅α相的共晶合金。可是，在現時的研究中1，對錫/銀/銅三重化合物固化溫度的測量，在779°C沒有發現相位轉變。這表示很可能銀和銅在三重化合物中直接反應。而在溫度動力學上更適於銀或銅與錫反應，以形成Ag3Sn或Cu6Sn5金屬間的化合物。因此，錫/銀/銅三重反應可預料包括錫基質相位、ε金屬之間的化合相位(Ag3Sn)和η金屬間的化合相位(Cu6Sn5)。
和雙相的錫/銀和錫/銅系統所確認的一樣，相對較硬的Ag3Sn和Cu6Sn5 粒子在錫基質的錫/銀/銅三重合金中，可通過建立一個長期的內部應力，有效地強化合金。這些硬粒子也可有效地阻擋疲勞裂紋的蔓延。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子的形成可分隔較細小的錫基質顆粒。Ag3Sn和Cu6Sn5粒子越細小，越可以有效的分隔錫基質顆粒，結果是得到整體更細小的微組織。這有助於顆粒邊界的滑動機制，因此延長了提升溫度下的疲勞壽命。
雖然銀和銅在合金設計中的特定配方對得到合金的機械性能是關鍵的，但發現熔化溫度對0.5~3.0%的銅和3.0~4.7%的銀的含量變化並不敏感。
機械性能對銀和銅含量的相互關係分別作如下總結2：當銀的含量為大約3.0~3.1%時，屈服強度和抗拉強度兩者都隨銅的含量增加到大約1.5%，而幾乎成線性的增加。超過1.5%的銅，屈服強度會減低，但合金的抗拉強度保持穩定。整體的合金塑性對0.5~1.5%的銅是高的，然後隨著銅的進一步增加而降低。對於銀的含量(0.5~1.7%範圍的銅)，屈服強度和抗拉強度兩者都隨銀的含量增加到4.1%，而幾乎成線性的增加，但是塑性減少。
在3.0~3.1%的銀時，疲勞壽命在1.5%的銅時達到最大。發現銀的含量從3.0%增加到更高的水平(達4.7%)對機械性能沒有任何的提高。當銅和銀兩者都配製較高時，塑性受到損害，如96.3Sn/4.7Ag/1.7Cu。
技術要求
無鉛錫膏首先要能夠真正滿足環保要求，不能把鉛去除了，又添加了新的有毒或有害的物質；要確保無鉛焊料的可焊性及焊後的可靠性，並要考慮到客戶所承受的成本等眾多問題。概括起來講，無鉛焊料應儘量滿足以下這些要求：
1、無鉛焊料的熔點要低，儘可能地接近63/37錫鉛合金的共晶溫度183℃，如果新產品的共晶溫度只高出183℃幾度應該不是很大問題，但目前尚沒有能夠真正推廣的，並符合焊接要求的此類無鉛焊料；另外，在開發出有較低共晶溫度的無鉛焊料以前，應儘量把無鉛焊料的熔融間隔溫差降下來，即儘量減小其固相線與液相線之間的溫度區間，固相線溫度最小為150℃，液相線溫度視具體套用而定(波峰焊用錫條：265℃以下；錫絲：375℃以下；SMT用焊錫膏：250℃以下，通常要求回流焊溫度應該低於225~230℃)。
2、無鉛焊料要有良好的潤濕性；一般情況下，再流焊時焊料在液相線以上停留的時間為30~90秒，波峰焊時被焊接管腳及線路板基板面與錫液波峰接觸的時間為4秒左右，使用無鉛焊料以後，要保證在以上時間範圍內焊料能表現出良好的潤濕性能，以保證優質的焊接效果；
3、焊接後的導電及導熱率都要與63/37錫鉛合金焊料相接近；
4、焊點的抗拉強度、韌性、延展性及抗蠕變性能都要與錫鉛合金的性能相差不多；
5、成本儘可能的降低；目前，能控制在錫鉛合金的1.5~2倍，是比較理想的價位；
6、所開發的無鉛焊料在使用過程中，與線路板的銅基、或線路板所鍍的無鉛焊料、以及元器件管腳或其表面的無鉛焊料及其它金屬鍍層間，有良好的釺合性能；
7、新開發的無鉛焊料儘量與各類助焊劑相匹配，並且兼容性要儘可能的強；既能夠在活性松香樹脂型助焊劑（RA）的支持下工作，也能夠適用溫和型、弱活性松香焊劑（RMA）或不含松香樹脂的免清洗助焊劑才是以後的發展趨勢；
8、焊接後對焊點的檢驗、返修要容易；
9、所選用原材料能夠滿足長期的充分供應；
10、與目前所用的設備工藝相兼容，在不更換設備的狀況下可以工作。
主要品牌
現在市場上的無鉛錫膏品牌多樣，主要品牌有TAMURA田村、ALPHA、千住，韓國漢順（HASUNG）、，KOKI等。
