在早期的无铅合金研究中,其中一个主要目标是取得与锡-37铅焊料尽可能相近的熔点。与锡铅焊料的焊接过程相比,有限度的过热处理(该过程的温度超过熔点)对于无铅焊料的焊接是必不可少的(表1)。在锡铅焊接工艺中,过热处理主要使焊点达到润湿温度,而预热过程同样可以达到相近的效果。由于二者的润湿反应形式相同,因此对于无铅焊料和锡铅焊料形成焊点的焊接温度是大致相同的。当焊料内部的锡与基材金属相互作用形成IMC后,焊点就会达到合金稳定态。
从观察得出,虽然合金的熔点升高了,但仍然在元器件和线路板的材料使用温度范围内。
润湿性
标准的润湿平衡测试给大家一个容易误解的合金润湿能力概念,润湿时间包含试样到达焊料熔点和与基材达到完全润湿的时间。较高熔点的合金比低熔点合金的润湿速度要快。在图3中,可以看到,试样达到锡铜镍锗合金熔点的时间会稍长,但随后润湿的时间比低熔点的锡银铜合金要快。实际上,焊接的熔点可通过调节其它的过程参数(如预热) 来改变。焊料比较重要的特性是其润湿率。
流动性
焊接工艺是通过焊料的流动形成焊点。该过程是受到润湿焊点与基材表面张力的作用而产生的。铸造业中熔融金属的“流动性”也同样非常重要。就像金属浇注,用接近熔点的熔融金属才能形成良好的浇注填充。同样,在波 峰焊接工艺中,让多余的焊料流走也是非常重要的,否则就会造成短路。
从以往的实践来看,锡铅合金的流动性已经达到共晶合金的顶峰,而在业界向无铅的转变中,焊接工艺不得不面对更多的挑战(图4)。
业界测试表明,测量无铅焊料在熔点40℃以上的流动 性仍然比锡铅合金低30%(图5)。
在锡铜镍合金中加入银的负面效果见(图6)。
对铜的侵蚀性
在应用无铅焊料的初期,曾出现无法预料的侵蚀铜基材现象。在图7中,焊料是从左向右流动的。
熔融的锡对大部分金属具有强且快速的侵蚀性。当锡与铅相互混合后,其侵蚀性大大减弱,所以在锡铅焊料焊接中,锡对于铜基材的侵蚀并不是主要问题。无铅焊料由于没有铅的钝化,焊点上的锡对于印刷线路板上铜箔的侵蚀非常迅速。