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                SMT锡焊技术回顾与锡膏进展


                  一、SMT锡焊技术回顾
                  SMT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,主要有美国人〇H.H.Manko:“Solder and soldering”以及日本人田中和吉和大直泽等人的专Ψ 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。
                  我于1962年从南京大学物理系金属物理专业毕业,毕业后即分配在上海仪表电讯工业局无线电研究所,仪表局中心试验室,上海101厂工作。亲身经历了我国仪表ζ 电子工业的发展。1980后我在上海101厂主要从事与锡焊技术相关的工作。如长寿命烙铁头研制与应用、抗氧化焊料研制与应用、引线可『焊性测试研究、锡焊机理研究以及自动焊接工艺参数的研◇究等项目。下面就我在1981年到1990年期间的技术工作作一回顾,从中大致可看出80年代我国锡焊技术所经历过的历程:1、1981年:元器件引线可焊性攻︽关、整顿搪锡工艺。2、1981年:元器件引线化学处理研究3、1982年:长寿命烙铁头研制与应用4、1983年:抗氧化焊料研制与应用5、1984年:固定助焊蜡应用试〓验6、1985年:元器件引线可焊性工艺认定,采用润湿称量法进行可焊性测∩试7、1986年:在上海科学会堂作“锡焊技术与可靠★性”报告(约有300多人参加)8、1987年:激光红外焊点检测技术研究9、1987年:受中国科协等六单位聘请ぷ编写:“可靠性工程◣与管理”电视讲座教材“锡焊技术与可靠性”,1989年由人民邮电出版社出版10、1988年:主持“加强黑白电视机锡焊质量管理,提高焊╲锡质量”全面质量管理项目,使焊点不良率√从20000PPM到5000PPM 11、1989年:加强外协焊料、焊丝、助焊剂和印制板元器件质量管理控制和认证 12、1990年:制定提高焊接质量,降低焊点不良率,工艺管理11条措施。回顾81年到90年的工作,特别是87年我应→中国科协等单位邀请编写“可靠性工程与管理”电视讲座“锡焊技术与可靠性”教材一书而与锡焊技术结下不解之缘。这套电视讲座和函授教材共有9本,即《一、可靠性工程与管理电视讲卐座教材》、《二、可靠性管理》、《三、可※靠性数学》、《四、可靠『性物理》、《五、可靠性设计》、《六、可靠性试验》、《七、环境试验》、《八、锡焊技术与可靠性》、《九、机械可靠↙性》。
                  1990年,我赴日本东京金属材料技术研究所研修“锡焊界面理论”并作有关“微量元▓素对锡铅焊料润湿性的影响”的课题,并参加了1991年在日本举办的nepcon展览会。十分惊∏异于日本SMT技术的发展,记得当时千住金属公司推」出的新款氮气保护再流焊炉,当场被松下电子公司所订购。并参观了千住金属和东芝电子公司。深深感到我国SMT技术与日◤本的差距,深深感到SMT技术将是未来电子组装技术的发展方向。归国后,我曾就有关SMT锡焊机理撰文,参加有关学术交流活动。
                上↓世纪末本世纪初是全球绿色电子制造发展的重要时期,SMT锡焊ω技术从有铅到无铅发展的重要时期。
                  1999年,我创办上海华庆焊材技术有限公司,主要从事与SMT锡焊技术有关的焊料、助焊剂、锡膏、预制片◥的研制、生产与销售①①。华庆公司经过十年努力,无铅锡膏系列☆产品获得了中国电子视像行业协会的推荐产品称号。随着电子产品无铅化,华庆公司推出的系列无☉铅焊接产品已◣帮助广大企业顺利完成从有铅焊接到无铅焊接的◆转换,华庆公司目前研制的第二代低银无铅锡膏LF-200P-SAC02与低温锡铋铜无铅锡膏LF-200P-SBC1705由于具有较高的性价比,得到了广泛使用和认同。2003年,我参与发起长↑江三角洲SMT专家协作组,2004年,我在上海交通大学、日本大阪大学、上海电子制造行业协会SMT专委〖会联合主办,上海杰星公司与上海华〖庆公司联合承办的第一『届中日无铅技术交流会议上,代表上海电子制造行业协会和上海华庆公司作《加强技术交流,推动无铅化进程》的报告。并在去年第十九届∑ nepcon展览会议期间发表“SMT锡膏无铅化、无卤化、低银化与国产化”的文章,并作《SMT锡膏国产化是SMT人的共同梦☆想》的报告,引起国产锡膏能否替代进口锡膏的大辩论。
                  在长达四十年从事锡焊技术理论▼与实践的活动中,我深深感到锡焊技术是一门多么古老而年轻的技术,在不同国家、不同工业时代都能起〖到极其重要的辅助作用。SMT工程技术人员有必要重视SMT锡焊技术基础理论学习与研究。特别是今天绿色电子制造工业的发展,将给SMT无铅锡焊技术发展带来巨大的机遇与空间。
                  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,这是多ぷ么巨大的变化啊,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ξ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,锡银铜系的主流无々铅合金为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(Sn63brb37)合金183℃的熔点,其再流焊峰值「温度在235℃以上,大大高于锡铅(Sn63brb37) 锡膏再流焊峰值温度(210-230℃)。目前可以达到或接近锡铅合金(Sn63brb37)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ξ 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卐步,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。
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