概述:
测试显示在使用非活性松香助焊剂情况下惰性氮气对可焊性有提高，结合无铅焊料合金更低的，这将导致氮气在工业中的应用更为广泛。焊锡温度比使用免清洗助焊剂工艺对可焊性的影响更为明显。在已知的无铅合金中，SnAgCu是最为有效的，它具有最好的润湿性，并且所需的焊接温度最低，SnCu表现欠佳，在温度最高的情况下，也经常出现不可靠焊接。当然，我们所做的工作得出的结果为：对任何元器件，焊锡合金的选择是重要的，最好选择最适合的合金。本文就不同助焊剂，温度和锡膏对20种元器件的可焊性影响已做统计，相关数据，包括典型润湿力和润湿时间在附页中列出。
目录：
1．介绍
2．试验
3．结果及讨论
3.1铜片样本
3.2表面贴装和通孔元器件
4.结论
1．介绍
在法规和商业需求的推动下，无铅焊接凸显其重要性，寻找代替SnPb锡膏的应用需求被尤为强调。我们进行了一系列课题研究以推进对新焊接技术的进程。本文旨在强调在可焊性方面无铅焊锡合金对不同元器件类型（包括表面贴装和通孔元器件），一些焊锡合金和不同的助焊剂之间的变化。众所周知，温度是影响润湿行为的一个关键因素，因此，此研究中采用熔点温度，一些使用铜片做基本试验和测量的过程都在氮气环境下进行。
已完成一些润湿平衡测试供研究用，以对大量元器件，合金和助焊剂的可焊性提供具体图片，润湿时间和润湿力数据是现有的。
2.试验
铜片测试在A和D两种助焊剂，3种无铅合金，分别在空气和氮气中，在不同范围温度下进行，5片铜片在不同测试条件组合下进行测试，其中合金分别为：SnAg，SnCu和SnAgCu。铜片尺寸为：25。测试分别在500PPM氮气环境和空气环境下进行。
20种元器件类型在3种无铅合金，5种不同助焊剂和3个高温下进行。测试元器件包括表面贴装和通孔类型，SOIC元器件包括SnPb和PdNi2种引脚。测试参数经过矩阵计算后，需要900种不同测试环境，在采用DOE方法降低此数字到一个合适的水平后，900种测试组合降低为400种。每种元器件类型测试5个管脚。
所有的元器件测试在实验室空气环境下进行。表1和表2给出了焊锡合金和助焊剂的技术数据以及测试参数。表1中的助焊剂合金和高温在测试过程中始终被用到。由DOE得出的测试矩阵总结于表2。根据代号可在表1查的测试参数。表3列出测试元器件。
表1测试用助焊剂，合金和温度的具体参数：
表2DOE测试：
表3测试元器件列表：
表4可焊性测试条件：
3．结论
3.1铜片样本
空气环境下，4种不同锡膏合金和活性松香助焊剂下，铜片样本的润湿时间见图1，Superheat温度为焊锡温度和焊锡熔点之间的温差。此图显示，3种无铅锡膏和有铅锡膏在不同Superheat条件下润湿时间差异很小。在Superheat超过35摄氏度后，差异微乎其微。在使用活性松香助焊剂并在空气环境下，在温度角度上看，传统有铅焊膏的可焊性并不优于无铅焊锡合金。图2显示在与图1相同情况下，仅仅不同在于使用松香助焊剂，即使在Superheat超过35摄氏度的情况下，无铅焊锡合金可焊性明显逊于有铅锡膏。在任何Superheat和空气测试环境下的无铅焊锡合金的润湿时间明显长于有钱锡膏，其中尤以SnCu表现最差。
图1使用活性松香助焊剂并在空气环境下4种合金的润湿时间
图2使用松香助焊剂并在空气环境下4种合金的润湿时间
图3和图4分别为不同助焊剂下，3种无铅焊锡合金和SnPb焊膏在氮气环境下相同高温下的润湿时间。
图3使用活性松香助焊剂并在氮气环境下4种合金的润湿时间
图4使用松香助焊剂并在氮气环境下4种合金的润湿时间
值得注意的是，所有合金在使用活性松香助焊剂并在氮气情况下，其润湿时间和在空气环境测试下的结果相差不大，在使用活性松香助焊剂并且Superheat温度大于30摄氏度情况下，氮气对可焊性并无显著提升，但对Superheat温度小于30摄氏度，有些许改善。与之相反地，在使用松香助焊剂情况下，氮气和一般空气环境下的测试结果差异明显，图2和图4所示。相对于SnPb焊膏，所有无铅焊锡合金在氮气环境下润湿时间显著改善。氮气环境可提高可焊性至使用活性助焊剂水平，在Superheat温度超过35摄氏度情况下，无铅焊锡合金的可焊性与SnPb焊膏相差无几，只有SnCu表现稍差些许。
3.2表面贴装和通孔元器件
测试样本和条件如表3和表4所示。测试具体如表2所示。DOE方法如附录1所示。DOE分析，润湿力和时间中所涉及的系数在附录2和附录3中列出。
图5不同Superheat温度，助焊剂A下19个元器件的平均润湿力。
大量数据显示了合金在润湿力和时间上的效果。为方便起见，此数据仅列出助焊剂A下的数据，其他助焊剂下效果与之类似或仅仅稍差于它。使用助焊剂A下的评价润湿力和时间在以下两图中可见。图5列出了所有单引脚测试元器件的平均预测润湿力和时间（20种元器件中的19种被列出，唯有DIP元器件被排除，因为同时浸润多脚）。明显地，Superheat温度越高，润湿力提升越明显。润湿时间效果显示如图6，温度效果更加明显。仅在使用助焊剂A，Superheat温度达到40摄氏度时，SnAgCu合金润湿时间小于2秒。很重要的一点是，从图6连续高温的温度曲线中可以看出，哪怕与SnAg合金相比较，SuAgCu合金对可焊性提升效果明显。对目前波峰焊中倾向使用SnAg焊膏，此结论有重要的指导意义。特别是波峰焊温度在260摄氏度时，使用SnCuAg合金效果明显。
图6为不同的温度使用助焊剂A下19种元器件的平均润湿时间
图719种元器件（除DIP外）平均系数
图7显示不同环境下润湿时间远比润湿力敏感，同时显示合金和温度的影响远比助焊剂大。这说明合金的选择很关键。SnAgCu和SnAg合金之间的细微熔点差也有一定益处。其他关键因素包括温度和任何能降低系数强度的因素例如氮气等。温度比助焊剂选择更占主导地位。因此，在焊接时一块存在比较大温差的板子，目前的免洗助焊剂对温度较低区域的润湿作用起不到很大作用。需要更强作用的助焊剂补偿温度不足的影响，但此将增加清洗方面的费用增加。
4．结论
1）在使用现有典型免清洗助焊剂情况下，氮气被证明能对无铅合金的可焊性提供很大的帮助。伴随着无铅合金使用中相
对较低的温度，氮气的使用将愈加广泛。
2）结果显示对大多数活性助焊剂来说，只有SnAgCu（最高Superheat温度为40摄氏度时）能达到润湿时间小于2秒，
SnAg在此情况下处于临界点。
3）SnAgCu同时具有最低的液化温度，即比SnAg和SnCu更低的焊接温度。平均来说，SnCu即使在最高Superheat
温度下也表现最差，达到2/3理论润湿力的润湿时间大于2秒，其润湿性时不可接受的。
4）对可焊性具有影响性的因素（助焊剂，温度和合金），通过对20种元器件的测试结果计算后，结论呈现在附录2中。
5）20种元器件分别的润湿力和时间在附录3中给出。
6）结合2个附录形成极有价值的数据以评估无铅合金对元器件的可焊性。
7）附录2的系数根据元器件类型范围给出，因此，可通过对单独元器件类型的计算，给出一个焊锡，温度和助焊剂相结合的最好的一个组合实现可焊性的最佳化。
