天线产品无铅焊料选型分析研究

王大明 王普钢 廖科述

摘  要：随着海外市场的拓展，高质量、高互调天线产品需求急剧提升，又因为三阶互调与焊点的质量有直接的关系。为了提升高性能天线互调良率，评估引入更优质的无铅焊锡材料成为天线行业的迫切需求，本文主要讲述了SnAgCu系列焊料在天线产品焊接工艺中使用的可靠性及对产品指标稳定性。结果表明，此方式可以有效地选出高性能、高质量、高可靠性的无铅焊料，填补了天线行业无铅焊料选型的空白，降低了选型的难度。

关键词：无铅焊料;助焊剂;温度冲击试验;SnAgCu

中图分类号：TN82      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）13-0041-04

Selection and Analysis of Lead-free Solder for Antenna Products

WANG Daming，WANG Pugang，LIAO Keshu

（Comba Telecom（Guangzhou）Co.，Ltd.，Guangzhou  510730，China）

Abstract：With the expansion of overseas market，the demand for high-quality and high-intermodulation antenna products has increased dramatically，because the third-order intermodulation is directly related to the quality of solder joints. In order to improve the yield of high performance antenna intermodulation and evaluate the urgent need of introducing better lead-free solder materials into antenna industry，this paper mainly describes the reliability of SnAgCu series solder used in the welding process of antenna products and the stability of product indicators. The results show that this method can effectively select high performance，high quality and high reliability lead-free solder，fill the blank of lead-free solder selection in antenna industry，and reduce the difficulty of selection.

Keywords：lead-free solder;scaling powder;temperature impact test;SnAgCu

0  引  言

随着国内市场的饱和，海外天线产品需求增多，且高质量天线趋势日益明显，海外产品均需满足RoHS标准，需采用无铅焊料，目前公司使用的无铅焊料主要为三个品牌。在某重点客户的产品生产过程中，发现（在10倍的放大镜下）合路器板焊点开裂现象。为了提高产品无铅焊接质量，提高产品稳定性，迫切需要导入更优质的无铅焊料，以满足更高的天线质量要求，现对于多种优质无铅焊料进行焊接试验对比，对比出最优焊料进行导入。

本文主要研究不同品牌的SnAgCu系列無铅焊锡丝，通过对比分析不同品牌SnAgCu系列焊料的焊点良率和焊点可靠性，研究其在天线产品上的性能表现。主要在焊点合格率、光泽度、润湿性、流动性、烟尘、气味、锡珠、助焊剂残留、焊点可靠性等多项性能综合对比，最后根据实际焊接效果和产品指标表现，判断其焊接性能。

1  天线行业无铅焊料的使用情况

在天线行业，无铅焊料的主流使用为SnAgCu系列焊料、SnAg系列焊料、SnBiAg系列焊料、SnCu系列焊料等，根据焊接成本、焊接效率、焊接性能以及产品效益等综合考虑，SnAgCu系列焊料对天线产品较为适用，各方面产品性能和可靠性都能满足市场要求，然而市场上纷乱复杂多组成的无铅焊料会给厂家选择合适的焊料带来很大的困难，每个厂家都有自己专门的配方，往往成分的微调和助焊剂含量的差异都能带来截然不同的焊接性能和参数，所以本文着重讲述了在SnAgCu系列焊料选择时，在哪些方面对比分析，才能得到一款优秀的、高性能的焊料，具体在下列几方面讲述：焊接性能良好、流动性良好、无潜在的电解腐蚀或晶须生长、成本适中、适用于各种不同形式等等。因此，为了确定天线产品使用的最佳无铅焊料，我们做了SnAgCu系列焊料的对比研究分析，以期作为锡铅共晶合金的最佳替代者。

2  SnAgCu系列焊料焊接性能对比

2.1  实验对比方案

（1）为了确定最佳的天线产品无铅焊料，选取A、B、C、D、E、F、G、H共8种无铅焊料作为实验焊料。

（2）每种焊料各焊接五块合路器板，共焊接20个芯线焊点、20个外导体焊点（分别有402和405两种规格电缆），对比焊点合格率。

（3）对比焊点技术性能与可靠性及产品指标合格率，作出最佳的选择。

2.2  物理性能

相同焊点采用相同的焊接条件（焊接温度、焊接时间、烙铁头、操作人员），如图1、2所示。

（1）用10倍放大镜观察焊点表面质量，如图3所示。

（2）405电缆焊点的合格率统计如表1所示。

（3）用10倍放大镜观察焊点表面质量，得到的402电缆焊点合格率统计如表2所示。

（4）通过焊点合格率可以得出，A、B、C、D、E、F、G、H这8种不同品牌无铅焊料的优劣排序：E、B>C>D、G>F>H>A。

2.3  焊接实际效果对比

2.4  产品性能指标合格率具体数据对比

2.5  焊点流动性

焊点流动性是优良焊料的重要参考指标之一，会影响到焊点的可靠性，焊点流动性可以通过润湿时间来表示。不同品牌的SnAgCu系列焊料比较数据如表5所示，同样条件下其润湿能力按如下顺序：B>E、F>C、D、G、H>A，同时也可以看出E与F相差甚微。

2.6  无铅焊点可靠性实验

焊点的可靠性在天线产品中是很重要的一项指标，焊点除了满足产品基本的性能指标外，还要通过同种环境、同种焊接条件，来对比不同品牌这唯一变量的可靠性差异。焊点的可靠性检验方法主要有外观检查、X-TRAY检查、强度（抗拉力）、疲劳寿命、跌落试验、车载震动等。

2.6.1  试验方案

选取合格的物料，先焊接外导体再焊接芯线，最后焊接底座，所有相同焊点采用相同的焊接条件（焊接温度、焊接时间、烙铁头、操作人员），具体实验结果如下。

2.6.2  实验结果

（1）焊点拉脱力实验。在相同的焊接环境和焊接条件下，对不同品牌焊料焊接的焊点使用万用拉力计测试，结果发现不同品牌的合金的拉力基本一致，有差异，但是不是很大，详细数据如表6所示。

（2）温度冲击试验后的拉脱力实验。对不同品牌焊料焊接的焊点使用高低温箱进行温度冲击试验，实验条件为： -40℃～70℃，2小时一次温循，高低温各停留30分钟，高低温转换时间为30分钟，持续冲击30个温循，结果如表7所示。

（3）车载、正弦震动试验后拉脱力。依次对用对不同品牌焊料焊接的产品进行车载、正弦震动试验，车载和正弦震动各两个小时。试验完成后测试拉脱力。结果如表8所示。

结果显示，不同焊料焊接的产品经过可靠性验证后，每个品牌焊料的表现相差无几，再经过跌落和震动，每种品牌的焊料也没有表现出差异，焊点都合格，因此根据对已有数据的分析，认为SnAgCu系列焊料不同品牌的疲劳寿命无差异。

2.7  助焊剂飞溅实验

在白色纸张上画有等间距的10环同心圆，以同样的加锡速度焊接同样长度的焊锡丝，作为其助焊剂的松香的飞溅位置出现3种结果，分3个档次，如图4所示，较差的松香飞溅位置到1环，如H;如图5所示，一般的结果为松香飞溅位置在7环左右，如A、C、D、F;如图6所示，较好的松香飞溅位置在9环左右，如B、E、G。

3  结  论

经过以上的对比以及可靠性分析，可以得知：天线产品要达到最好的焊接效果，从而保证产品的高质量指标。无铅焊料的选择上基本上可以确定：选用B、E、G三种SnAgCu系列焊料，可以滿足天线产品高质量、高指标的需求。

参考文献：

[1] 史建卫，温粤晖.现代电子装联软钎焊接技术 [M].北京：电子工业出版社，2015.

[2] Soldertec. European Lead-Free Technology Roadmap（Version 1） [EB/OL].https：//www.psma.com/HTML/FILES/forums/leadfree/eu_roadmap_v13.pdf，2003-10-24.

作者简介：王大明（1987.12-），男，汉族，广东广州人，工艺工程师，研究方向：基站天线工艺研究。