什么是無鉛焊錫
無鉛焊錫技術不是新的。多年來，許多制造商已經(jīng)在一些適當位置應用中使用了無鉛合金，提供較高的熔點或滿足特殊的材料要求。可是，今天無鉛焊錫研究的目的是要決定哪些合金應該用來取代現(xiàn)在每年使用的估計50,000噸的錫-鉛焊錫。取消資源豐富價格便宜的(大約每磅0.40美元)鉛，代之以另外的元素，原材料的成本可能增加許多。
選擇用來取代鉛的材料必須滿足各種要求：
1.它們必須在世界范圍內(nèi)可得到，數(shù)量上滿足全球的需求。某些金屬 - 如銦(Indium)和鉍(Bismuth) - 不能得到大的數(shù)量，只夠用作無鉛焊錫合金的添加成分。
2.也必須考慮到替代合金是無毒性的。一些考慮中的替代金屬，如鎘(Cadmium)和碲(Tellurium)，是毒性的；其它金屬，如銻(Antimony)，由于改變法規(guī)的結果可能落入毒性種類。
3.替代合金必須能夠具有電子工業(yè)使用的所有形式，包括返工與修理用的錫線、錫膏用的粉末、波峰焊用的錫條、以及預成型(preform)。不是所有建議的合金都可制成所有的形式，例如鉍含量高將使合金太脆而不能拉成錫線。
4.替代合金還應該是可循環(huán)再生的 - 將三四種金屬加入到無鉛替代焊錫配方中可能使循環(huán)再生過程復雜化，并增加成本。
不是所有的替代合金都可輕易地取代現(xiàn)有的焊接過程。美國國家制造科學中心(NCMS, the National Center for Manufacturing Sciences)在1997年得出結論，對共晶錫-鉛焊錫沒有“插入的(drop-in)”替代品。1994年完成的，作為歐洲IDEALS計劃一部分的研究發(fā)現(xiàn)，超過200種研究的合金中，不到10種無鉛焊錫選擇是可行的。
數(shù)量上足夠滿足焊錫的大量需求的元素包括，錫(Sn,tin)、銅(Cu, copper)、銀(Ag, silver)和銻(Sb, antimony)。商業(yè)上可行的一些無鉛焊錫的例子包括，99.3Sn/0.7Cu, 96.5Sn/3.5Ag, 95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu, 96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.5Sb。混合在這些替代合金內(nèi)的所有這些元素具有與錫-鉛焊錫不同的熔點、機械性能、熔濕特性和外觀�，F(xiàn)在工業(yè)趨向于使用接近共晶的錫銀銅(near-eutectic-tin-silver-copper)合金。
多數(shù)無鉛合金，包括錫-銀-銅，具有超過200°C的熔點 - 高于傳統(tǒng)的錫-鉛合金的大約180°C的熔點。這個升高的熔點將要求更高的焊接溫度。對于元件包裝和倒裝芯片裝配，無鉛焊錫的較高熔點可能是一個關注，因為元件包裝基底可能不能忍受升高的回流溫度(圖一)。設計者現(xiàn)在正在研究替代的基底材料，可忍受更高的溫度，以及各向異性的(anisotropic)導電性膠來取代倒裝芯片和元件包裝應用中的焊錫。
無鉛合金的較高熔化溫度可提供一些優(yōu)勢，比如，提高抗拉強度和更好的溫度疲勞阻抗、使其適合于象汽車電子元件這樣的高溫應用。
電路板與元件的表面涂層也必須與無鉛焊錫兼容。例如，銅表面涂層的板面上的焊接點可能在機械上和外觀上都受較高的無鉛焊錫的表面貼裝技術(SMT)回流焊接溫度的影響，它可能造成錫與銅之間有害金屬間化合物的形成。無鉛焊錫的外觀也是不同的(比如，某些配方看上去光亮但比傳統(tǒng)的錫-鉛焊錫缺少一點反光性)，可能要求標準品質(zhì)控制程序的改變。最后，因為現(xiàn)在沒有高含鉛(high-lead-bearing)焊錫的替代品存在，所以完全的無鉛裝配還是不可能的。
