(以下圖文內容皆取材自 Kester
的技術文章，作者 Mr. Peter
Biocca)
哪一種合金與助焊劑適合手焊作業？
無鉛焊錫最大的問題在於錫絲型態 (wire form)
的穩定性。一些合金不容易做成錫絲狀態，像錫鉍合金焊錫就是。
現在錫絲狀態最受歡迎的合金，是錫-銀-銅 (tin-siliver-copper，SAC)
與錫銅 (tin-copper，SnCu) 基材的焊錫。這要歸功於工業界，其中
68% 的
SMT 業者和
50%
波焊業者選擇了錫-銀-銅 (SAC) 焊錫。另外，20% 的波焊業者基於成本考量選用了錫銅 (SnCu)
基材焊錫。這兩種合金錫絲自然而然的也就很適合手焊作業了。
SAC 與 SnCu 焊錫兩者間最主要的差異在於熔點不同；其融化溫度分別在大約 217℃ 與 227℃ 。從焊接操作的執行效益看，SAC 焊錫較 SnCu 焊錫容易熔融溼潤，流動性較佳，其他各方面表現自然也比較好。
SAC 與 SnCu 兩種合金都可以適用於 no-clean、水溶式、與松香基礎的助焊劑配方中。在北美的錫絲市場，no-clean
佔超過 85% 比例，水溶式的少於 15%，松香基礎的更少低於 5%。其他市場的錫絲型態焊錫，仍以 no-clean 居多。
選擇好的無鉛焊錫 (wire)，主要的變數是什麼？
到目前為止錫絲中的助焊劑成份，是影響融濕能力的關鍵因素。在相同條件下的平衡測試中，無鉛焊錫如 SAC、SnCu 以及較高溫選擇的 SnSb (銻)，融濕能力都較 63/37
(錫鉛)來得慢一點。
無鉛焊錫 (wire)
至少需含有重量 2% 助焊劑。含鉛焊錫則只要 1%
就夠了，這麼低含量的助焊劑在無鉛焊錫是行不通的。
典型的錫絲助焊劑分佈，密度約為 1g/cc，因此以橫切面來看，是相當明顯的。通常是重量的 2 或 3%，助焊劑不足，會讓焊接變得困難。
如果融濕進展緩慢，可能會試到 3%
助焊劑的錫絲。但這往往導致更多的殘留物，在 no-clean
的應用中外觀很不討好。以擠壓瓶使用額外助焊劑，在 no-clean
是不被接受的，因為會有過度使用的疑慮。
另外很重要的是，要確認助焊劑是為無鉛應用設計的。因此，它應該能承受較高的烙鐵頭溫度，而不會被燒焦、噴濺、分解。有些助焊劑遇到烙鐵頭高溫會冒很多煙。
當選用錫絲時注意助焊劑的 IPC分類。許多 no-cleans 符合 ROL0，意味著它是松香基礎、低活性、無鹵化物殘留的，且是通過IPC規格SIR與防腐蝕測試的最穩定品質的產品。為了補償降低的融濕能力，無鉛焊錫有使用高活性助焊劑的趨勢，這不是個好主意。
水溶式的助焊劑，活性高，被分類在 ORH1，而且在無鉛焊接工作優異。然而要注意確認，殘留物可以完全被熱水沖洗掉，並建議做離子化污染測試。如果洗完之後，仍有離子污染被測出來，勢必得更換助焊劑或其他環節了。
在以相同助焊劑的平衡測試結果，SAC比 SnCu更快達到最大融濕能力，同樣的結果也出現在與 SnCu 摻雜其他金屬的測試中。
被焊元件的整體可焊性，是選擇合金時的重要考量。如果元件已經呈現老化、氧化，SAC
焊錫手焊作業會是不錯的選擇。
無鉛 SAC 與
SnCu 的最佳焊接接觸溫度為何？
要讓無鉛手焊操作變得容易，接觸溫度是很重要的。使用 63/37 時，華氏 650 度
(343.3℃)
就可，但是無鉛的最佳溫度則為華式 700~800
度 (371~ 426℃ )。較高的溫度，為無鉛使用時發生較低融濕能力現象做了補償。
超過華氏 800度
( 426℃
)，元件可能燒壞或受損；溫度太低，冷焊、萎縮現象普遍發生。
高溫、長時間接觸被焊元件，會增加金屬間化合程度，讓化合層厚度增加。所以盡量避免拖長接觸時間，以及重複焊接動作。上圖顯示化合層厚度增加，會導致發生脆裂的風險。持續高溫也會讓融濕能力喪失。
使用無鉛焊錫的烙鐵頭呢？
無鉛烙鐵頭是需要的，不過烙鐵頭形狀的選擇同樣重要。無鉛的誤差容許度小，正確的烙鐵頭可以避免失誤。選一個能夠傳遞足夠熱容量的頭，尖圓形的頭無法應付每一種場合，有時後會需要一個像鑿子形狀的頭，才能傳遞足夠的熱容量到被焊元件上。下圖是正確選擇頭型的參考範例。
使用無鉛焊錫時，烙鐵頭的壽命如何？
使用無鉛焊錫會減短烙鐵頭壽命，所以選用專為無鉛使用設計的烙鐵頭是很重要的。許多烙鐵只是在頭端裹上一層無鉛焊錫，烙鐵本身的電鍍層與傳統的沒有兩樣。高錫成份的焊錫會分解烙鐵頭，使用壽命因此減短。有些工廠回報，使用 63/37，烙鐵頭可以持續使用三個月，而使用無鉛焊錫時，烙鐵頭三週就報銷了。
當比較分解損失率，就可以看出並非所有烙鐵頭都是一樣的。所以慎選烙鐵頭，多問問相容匹配的資訊會有幫助的。
要如何才會有好的作業過程，讓無鉛手焊能輕易完成？
2004年12月在「Lead-Free Updatedby Tech Search
International」發表的研究指出，無鉛作業環境下，手焊較 SMT
與波焊出現更多問題。
問題原因可能是手焊有較多的人為因素影響，無鉛焊錫的表面張力較高一點，融濕與擴散能力相較 63/37
無鉛顯得慢了一些。
要減少人為因素影響，讓融濕能力達到最佳化是最重要關鍵。使用 2~3% 重量比的錫絲時，烙鐵頭溫度華氏 700~800
度有助於減少失誤。選用 SAC 焊錫，流動性比 SnCu
來的快，也會有幫助。
最常被提出的無鉛手焊問題是：接點冷焊、融濕能力不佳、龜裂阻礙融濕流動。這些都是可以解決的，一步一步來
… ( 編按：這是為工廠手焊作業的檢視，同樣也可以讓我們參考。)
＊確定烙鐵頭是專為 lead – free
設計的。
＊確定溫度達到華氏 700 ~ 800 度 (371~ 426℃
)。
＊確定錫絲中助焊劑成份至少達 2% 以上。
＊使用 LF 烙鐵頭，能增長使用壽命。
＊選用與工作匹配的烙鐵頭形狀。
＊確認被焊元件的可焊性，選擇恰當的助焊劑。
＊避免長時間接觸焊點。
＊避免同一焊點不必要的重複回焊。
＊避免使用多餘的助焊劑。
哪些瑕疵或問題常常出現，要如何避免？
無鉛作業最常回報的問題有：
＊ 灰暗焊點
＊ 接點冷焊
＊ 融濕不佳
＊ 焊點龜裂
＊ 焦黑助焊劑殘留物
＊ 殘留物清潔不易
烙鐵頭溫度太高，與被焊金屬溶解，都可能導致焊點灰暗。
接點冷汗的原因很多，例如溫度太低、或者錫絲助焊劑份量不足、或者助焊劑不適合。
融濕不佳則可能因為烙鐵頭與焊點接觸時間過長，電鍍金屬溶解，或者被焊金屬可焊性不好，溫度太高也可能會有這種結果。
龜裂通常是烙鐵頭溫度過高，或者所用錫絲助焊劑太少造成。助焊劑活性低也是可能，而烙鐵長時間接觸，會破壞助焊劑活性。
使用 no-clean
助焊劑焦黑，以及水溶式殘留物難清洗，原因可能是焊接溫度太高，或者使用的助焊劑不是為無鉛高溫設計的。避免拖長焊接時間，與低一點的溫度，會有幫助。
我的烙鐵頭燒焦變黑，而且無法融化無鉛錫絲，該怎麼辦？
不是所有的助焊劑都做的一樣，有些無法承受無鉛焊錫作業的高溫。有一捲「OK
International」製作的錄影帶展示得很清楚，當兩種錫絲並排做所謂「烙鐵頭焦黑併發症」的測試比較時，較不穩定的樹脂很快將烙鐵頭變黑，而且很難再上錫。
一旦「烙鐵頭焦黑併發症」出現，熱傳導減少，會使無鉛手焊變得困難、烙鐵頭壽命變短、成本上揚、操作者受挫、可靠性跟著變差。
正確選用助焊劑，使用無鉛烙鐵頭，加上操作訓練，可以為上述代價做些補償。能夠幫助避免那些問題發生的重點摘要整理如下：
＊ 選用含有為無鉛設計的助焊劑的錫絲。
＊ 避免溫度高過頭。
＊ 如果烙鐵頭已有裹錫，用乾淨海綿抹掉過多的上錫物質。
＊ 不要為了增加融濕流動而施加壓力。
＊ 選擇正確適用形狀的烙鐵頭。
＊ 使用適當粗細的錫絲。
＊ 多做練習。
雖然手焊作業多了人工因素的影響，多注意應用上述的撇步，可以減少人為誤差與挫折，也可以避免前述諸多失敗的夢饜。
作者簡介 Mr.
Peter Biocca
作者是 Kester
的資深工程師，一位化學家，在焊接技術有近 30 年經驗，而在無鉛領域也有超過 10 年的工作經驗。曾在全世界提出過許多製程組裝最佳化相關的重要問題論述。
Mr. Peter Biocca 和許多相關協會有深厚聯繫，並協助許多公司成功推動無鉛製程。他也是一位積極活躍的 IPC、SMTA 與 ASM
會員，並且有許多論文被發表到全世界。