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2022-03-23 19:49:25
降低組裝總擁有成本
隨著眾多經濟和地緣政治的不確定性,白銀期貨在三月的第二個交易周飆升至另一頂峰,達到26美元一盎司。這標志著自2021年5月以來的最高紀錄。除此以外,持續存在的通貨膨脹問題導致的商品價格猛增,也更大范圍地提升了對白銀和黃金等貴金屬的的需求。 圖1. 5年白銀價格(由Market Insider.com友情提供) 由于白銀價格的多變性,電子工業不斷嘗試轉向低銀或無銀、無鉛合金,為電路板的組裝尋找更低成本的替代方案??紤]到典型焊爐的尺寸,波峰焊工藝中的材料成本占比很大。 因此,使用低銀或完全把白銀從標準的SAC305合金中移除,意味著節省了大量的直接材料,并且是不斷累積的節省。 從更容易理解的角度來說,自2022年3月起,在用于制造最普通的無鉛合金--SAC 305的金屬成本中,白銀占了34.2%。這一成本可以通過使用無銀 ALPHA SnCX Plus合金(先進SnCu0.7合金)得到消除,或可使用ALPHA SACX Plus 0807合金(參見圖2)減少26%用量。 圖2.合金成本中白銀的占比(白銀 @ $25.5/金衡制盎司) 隨著合金的持續發展,現在的ALPHA SACX Plus 0807/0307低銀和ALPHA SnCX Plus 07無銀合金在許多標準的組裝中都能夠達到SAC305的性能。 銅溶解 降低銅溶解是低銀或無銀合金的另一大優勢。考慮到目前電子組裝行業轉向非金屬墊片的趨勢,這一點就變得越發重要了。降低的銅溶解速度保護了銅含量的完整性,延長了波峰焊合金的壽命。 為評估銅溶解,我們使用的是在270°C的正常條件下、以5秒的時間所組裝的多個線路板上的多個管腳的平均測量值(參見圖3)。焊墊和通孔轉角處的測量值如圖所示。很明顯,從圖3可以看出,與SAC305相比,ALPHA SACX Plus 0807/0307和ALPHA SnCX Plus 07合金展示了銅溶解降低的程度。 圖3.銅溶解與無鉛合金 填孔 以下是管筒填充結果。使用ALPHA SACX Plus 0807合金將PTH連接器組裝到一個20層、120 mil厚的測試臺,可媲美使用SAC305合金組裝的結果,在標準設計上良率高達99.7%。 圖4.填孔與合金(Courtesy of Craig Hamilton, P.Eng., PMP, Black Belt –Process Engineering Consultant, Celestica) 此外,使用另一個OEM開發商的波峰焊試驗,根據各個參數組合來確定相關的PTH填孔。 圖5.OEM設計的波峰焊試驗 測試發現,在大約265°C的溫度下使用ALPHA SnCX Plus 07將PTHs填滿1.6 mm 厚的線路板,需要大約3秒的接觸時間便足夠,如下表所示。 圖6.OEM測試板的填孔性能 然而,許多組裝使用的是更厚的線路板。將溫度稍微提升到270°C,時間為7秒,能夠在厚度達2.5 mm 線路板達到100%的填孔。根據這樣的焊接參數, ALPHA SACX Plus 0807在接近3 mm 線路板的厚度實現了與SAC305類同的填孔性能。因此,ALPHA SACX Plus 和 SnCX Plus合金系列的優異焊接性能為電子組裝商在選擇節省成本的合金時有了更多選擇。 圖7.OEM測試板的填孔性能 錫渣生成 在麥德美愛法的一些研究已經確認,降低波峰焊焊條中的銀含量時,錫渣的比率也跟著下降。雖然SAC錫渣能夠回收,但對于組裝商來說仍然存在回收成本的問題?;厥斟a渣需要經過將金屬氧化物轉換到基底金屬的工藝制程,所以當錫渣被售賣進行回收時,售價大約是該金屬LME價的50%。 再次強調,金屬價格起伏不定,但當錫渣從波峰焊爐中清除后,就必須以新的焊條取代。新焊料的成本至少是錫渣售價的兩倍。顯然,減少錫渣的生成就降低了PTH工藝中所使用的焊料總成本(圖7)。 圖8. 隨時間與合金而變化的錫渣生成情況 該數據得到一家大型消費性電子產品生產商的證實,該廠商把他們的波峰焊合金從SAC305換成了ALPHA SACX Plus 0807 和 ALPHA SnCX Plus 07。 根據他們的報告,錫渣滓量減少了50%。 圖9. 隨時間與合金而變化的渣滓生成情況 結論 潛在的大量成本節省及對白銀價格波動的免疫,是采用這些ALPHA SACX Plus 和 ALPHA SnCX Plus新型合金的附加優勢。此外,合金里的特殊添加劑,讓其比起市場上常見的無鉛合金呈現出了更高的機械可靠性、更低的銅溶解和優異的可焊性。