I-Connect007编辑团队采访了Ron Lasky博士。采访中，Ron Lasky博士阐释了行业为什么没有大规模使用Indium Corporation公司开发出的新型合金焊料。他还概述了焊料合金的发展概况，包括在鉴定SAC305有效性时所遇到的难题。
Nolan Johnson：Ron，谢谢你接受我们的采访。可以先介绍一下你在这个行业的经历吗？
Ron Lasky博士：我是达特茅斯学院工程学院的教授，同时也是Indium Corporation公司的高级技术专家。
Barry Matties：您教授什么课程？
Lasky：工程统计学。我们学院有个课程项目是工程管理硕士（MEM）。这个研究生课程项目专门面向那些愿意向管理岗位发展的工程师。我教授的大多数都是这个项目里的课程。MEM项目的课程中，一半由塔克商学院MBA项目的师资教授，一半由工程学院教授。我关注的主题，例如制程优化、实验设计和统计过程控制，而且我在达特茅学院还有另一个项目也与精益六西格玛主题有关。我也教授工程统计学课程，以及制造过程优化课程。我主攻的学科主题是电子组装制造过程，这是我最为了解的领域。
我做的优化工作并不是只针对焊膏，而是针对大多数产品。我在达特茅斯学院开发了精益六西格玛课程，并且大获成功。鉴于达特茅斯学院是常春藤院校，人们很认可从达特茅斯工程学院大师黑带级讲师授予的黄带认证证书，但这个认证并不是专门针对电子组装的。
Matties：焊膏的哪种关键性能指标是常常被人们忽视的？
Lasky：有的。焊膏中有一项关键性能指标叫做“对暂停的响应”。如果你因为需要把元件放置到贴片机中或执行其他任务而不得不关停生产线一段时间，部分焊膏就会变僵硬，你必须要擦去一部分焊膏，再重新印刷。这种情况就是“对暂停响应”不佳。我在Indium Corporation公司的同事都了解这一点——越优质的焊膏，对暂停的响应就越好。换句话说，优质的焊膏即使在模板上停留一个小时以上，也不会发生什么变化。
有家客户改用Indium Corporation的焊膏，这样一来，即使他们每过几个小时就要停下来进行其他操作，也不需要擦干净电路板上的焊膏了。以前每每遇到类似情况，焊膏就会变硬，他们就不得不擦去电路板上的焊膏，重新印刷。如此一来，他们每8小时班次就要损失20分钟或以上的生产时间，这比最初遇到的情况要严重。新款焊膏将生产效率提升几个百分点的同时，利润率也提高了8%-9%。使用我开发出的成本估算软件，把这些数值都计算出来，为此我撰写了一篇关于该主题的论文。
Feinberg：与波峰焊接使用的条状焊料相比，焊膏中的焊料用量是否发生了巨大变化？按百分比来计算，而不是用吨或其他单位计算。
Lasky：焊膏是使用最多的，这一点越来越明显，这当然要归因于表面贴装技术，我们的很多产品都只使用焊膏。应该没有手机会使用波峰焊接技术吧。
Feinberg：应该不会有。
Lasky：但不要低估条状焊料的作用。25年前曾有人说 “波峰焊接和通孔会逐渐消失，甚至不应该再关注这些技术”，这种说法非常荒谬。这些技术可能永远都不会消失。
Feinberg：和通孔有关的一点是，因为无铅焊料在过去十年里发生了一些变动，焊料的灵活性已大大减少。如果你要经过一个通孔来贴装并焊接某种元件，这种做法与放置在焊盘上以后再焊接的操作相比，其可靠性要强很多。
这种做法一直都不太受到重视，直到人们对可靠性的要求升高了，特别是在过去的3年里，自动驾驶技术和交通运输领域对电子产品的需求量驱使人们对可靠性的要求不断增高。这种趋势有可能会让波峰焊接技术的淘汰速度放缓，尽管从成本的角度来看，这种操作毫无优点。我们目前像是站在了一条十字路路口，需要做出何去何从的决定。
Lasky：我要回过来讨论一下通孔的话题。波峰焊接之所以不会消失的原因之一就是很多电子产品都有很多插头，我同意这个说法。其中有些插头需要用通孔来增加机械强度。
Feinberg：没错。
Lasky：很多对于自动驾驶技术而言非常重要的元器件都是以表面贴装形式制造的，因为SMT技术的互连性是其他技术无法匹敌的。如果有人说“想把英特尔微处理器做成通孔封装形式”，那他们是永远都不可能做到这一点的。因为互连点数量太多了，无法做到那么小的通孔。你对通孔的大多数看法我都同意，但是在我列举的这种情况下，表面贴装技术生产的产品其可靠性是可以保证的。
Feinberg：现在有些军用产品使用的元器件又重新采用了含铅焊料。这是一种临时解决办法，但是在很多情况下是可行的方法。
Lasky：当然了，他们一开始就没必要使用无铅焊料，军用产品面临的问题之一就是要用锡铅焊料进行组装。
Matties：对焊膏领域的从业人员而言，你认为他们如今应该掌握哪些重要知识？
Lasky：据我了解，行业并没有打算接纳新合金组成的焊膏。真是遗憾。我来解释一下新型合金的定义。如今，全球75%至80%的焊膏都是无铅的，其中大部分都是SAC305。
SAC305中“30”表示焊膏中含3.0%的银，5表示焊膏中含0.5%的铜，而剩下的96.5%则是锡。其他无铅焊膏主要是SAC105，银的含量更低，主要是为了节省银成本。SAC105主要用于BGA的焊料球。我想说的是，像Indium Corporation这样的公司，开展了大量的研发工作，他们研发出的合金银含量都远远低于SAC305中的3%。他们加入了少量其他元素，由此研发出了几款合金在跌落冲击测试（在手机跌落时提供保护）和热循环测试（保护计算机免于因开关机造成的热机械应力损坏）中表现出了更优秀的性能。但行业还没有采用这些合金。
但仔细想想其中的逻辑。认证新型焊料合金是非常耗费成本的，尤其是那些想要在可靠性方面获得声誉的公司。有些手机和笔记本电脑制造公司，以及需要生产关键产品的公司，都需要可靠的焊料。认证SAC305的时候就耗费了巨大的财力物力，所以即使有新的合金性能表现优于SAC305，他们也会认为SAC305也已经足够好了。也许这种看法是对的，新款合金的一些性能还没有被发掘，可能还处于测试中。
行业还没准备好接纳Indium Corporation等公司研发出的新型优质合金焊料。我也知道，肯定有些小众市场会愿意购买，但SAC305在市场中的地位还是不可撼动的，原因就是它足够好。一直在改变的并不是合金。我不想显得其他小众合金没有市场似的，但一直以来总是在发生变化的是新型助焊剂载体，是这种产品提升了焊膏的性能表现。这是一种持续发生的情况。
举个例子来了解过去焊膏领域的概况。十年前，BGA封装的枕头效应浮出水面，人们对工艺流程做了各种各样的改变，试图最大程度地减轻这种失效模式带来的影响。生产焊膏的公司迅速趁着这一波潮流研发出了可以减轻或者消除枕头效应的焊膏。当时有一家组装公司，产品出现枕头效应的比例是7%，但是用了优化的焊膏以后，就再也没遇到过这种问题。
解决葡萄球状缺陷的过程也是如此。过去五年里人们热衷于最大程度地减少空洞形成。Indium Corporation公司研发出了能够大幅减少空洞形成的焊膏。当然，问题在于通常不会有一种焊膏能在方方面面都足够好。如果遇到的是空洞问题，那么最有效控制空洞形成的焊膏可能在消除枕头效应或葡萄球状缺陷等方面并不能像其他专门用于消除相应问题的焊膏那样优秀。但在我看来，焊膏制造商为了消除这些缺陷问题可谓是付出了巨大的努力，而且研究和改善焊膏的科学家与工程师也在这方面作出了重要贡献。但我认为焊膏主流仍是SAC305合金。
我应该介绍一下除SAC305外的两种重要合金。无铅焊料的一大劣势就在于银的成本高，SAC305中含有3%的银是非常昂贵的——尤其是对于波峰焊接使用的条状焊料而言。你看看波峰焊接熔锡炉的体积，里面可能有1000千克的焊料，如果使用的是SAC305，那么焊料的成本可能都要赶上一部轿车的成本了。有些冶金学家研发出了锡含量非常高的波峰焊焊料，锡的含量达到了99.3%，另外0.7%是铜。刚开始时这种合金的性能表现并不理想，但冶金学家发现如果在里面加入少量镍（比如0.06%），焊料的性能就会提升很多。对于波峰焊接而言，这种合金（99.3%的锡、0.7%的铜、微量镍）是波峰焊料市场真正的赢家。
无铅焊料的缺点也日益凸显，例如成本更高、熔化温度更高。锡铅焊料熔化温度是183 ℃，而无铅焊料的熔点略低于220 ℃——温度升高了很多。iNEMI为此付出了很大努力，Indium Corporation公司就参与到了其中，但与此同时也在大力开发低温焊料合金，主要候选合金就是锡铋合金。这种合金的熔点要低于锡铅焊料的熔点，约为138 ℃。
之所以选择熔点温度较低的锡铋合金，是因为在回流焊时，元器件就不需要承受这么大应力了。但锡铋合金的一大缺点是脆性高。如果在大型计算机里使用这种合金，应该不成问题，因为这种合金在热循环测试中的表现还不错。IBM就用了很多年类似的合金。但如果想在手机里使用，你就需要提升这种合金在跌落冲击测试中的性能。很多这类iNEMI项目试图改善锡-铋合金，使其能够在跌落冲击测试中表现更好，或者也可以通过添加聚合物涂层的方式来加固焊点。
Feinberg：镍会减弱这种合金的脆性？
Lasky：不会。我们说的是锡-铋焊料。加入镍并不会对这种焊料有什么帮助。是在含有99.3%锡、0.7%铜的焊料中加入微量镍比较有帮助。这种焊料的一大缺点在于其熔点更高，要达到227 ℃才能熔融。而它冷却下来以后，焊点又会有一层类似于霜状的物质形成。不仅看起来不美观，对可靠性可能也会有不好的影响。加入少量镍以后，这种霜状物就消失了。
Feinberg：大多数人在提到无铅焊料时都不了解它的缺点。
Lasky：无铅焊料遇到的大问题在于，很多人觉得这种焊料的缺点太多了；可能直接导致产品产生可靠性问题。研究者花费了数亿美元试图找到一种可以替代锡铅合金并且具有相似熔点温度的合金，但他们没能成功。Indium Corporation公司和其他公司都曾经研发出过熔点为183℃的合金，但出于种种原因，都没能被业界广泛接受。所以，全球范围内豪掷数亿美元研究相关合金之后，综合各方面来看，SAC合金可能是唯一合理的选择。
