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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。
　　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。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(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。

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