无铅制程导入
无铅化的前期导入制程
焊料从发明到使用，已有几千年的历史。
Sn／Pb焊料以其优异的性能和低廉的成本，一直得到人们的重用，现已成为电子组装焊接中的主要焊接材料。
但是，铅及其化合物属于有毒物质，长期使用会给人类生活环境和安全带来较大的危害。
从保护地球村环境和人类的安全出发，限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越强烈，这种具有悠久应用历史的Sn／Pb焊料，将逐渐被新的绿色焊料所替代，在进入二十一世纪时，这将成为可能。
人体通过呼吸，进食，皮肤吸收等都有可能吸收铅或其化合物，铅被人体器官摄取后，将抑制蛋白质的正常合成功能，危害人体中枢神经，造成精神混乱、呆滞、生殖功能障碍、贫血、高血压等慢性疾病。
铅对儿童的危害更大，会影响智商和正常发育。
电子工业中大量使用的Sn／Pb合金焊料是造成污染的重要来源之一，在制造和使用Sn ／Pb焊料的过程中，由于熔化温度较高，有大量的铅蒸气逸出，将直接严重影响操作人员的身体健康。
波峰焊设备在工作中产生的大量的富铅焊料废渣，对人类生态环境污染极大。
近年来有关地下水中铅的污染更引起人们的关注，除了废弃的蓄电池大量含铅外，丢弃的各种电子产品PCB上所含的铅也不容忽视。
以美国为例，每年随电子产品丢弃的PCB约一亿块，按每块含Sn／Pb焊料10克，其中铅含量为40％计算，每年随PCB丢弃的铅量即为400吨。
当下雨时这些铅变成溶于水的盐类，逐渐溶解污染水，特别是在遇酸雨时，雨中所含的硝酸和盐酸，更促使铅的溶解。
对于饮用地下水的人们，随着时间的延长，铅在人体内的积累，就会引起铅中毒。
二十世纪九十年代初，由美国国会提出了关于铅的限制法案，并由工作小组着手进行无铅焊料的研究开发活动。
目前，美国已在汽车、汽油、罐头、自来水管等生产和应用中禁止使用铅和含铅焊料。
但该法案对电子工业产生的效能并不大，在电子产品中禁止使用含铅焊料进展缓慢。
欧洲和日本等发达国家对焊料中限制铅的使用也很关注。
对于居住环境意识较强的欧洲，欧盟于1998年通过法案，已明确从2004年1月1日起任何制品中不可使用含铅焊料，但因技术等方面的原因，在电子产品中完全禁止使用铅有可能推迟至2008年执行。
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℃以上,另外零件腳的鍍層合金組成, Ni/Pd/Au , Ni/Pd,Matte Sn(非亮面)(Sn / 1-3%Bi or Sn / 1-5%Ag)都是可以適用的,至於BGA或者CSP 等零件的銲錫球建議使用Sn/Ag(3-4%)/Cu(0.5-1)此合金組成
4. 焊接設備應注意事項
後的急速冷卻就變的相當重要了,一般降溫速度將由以往的1℃/sec 至少提升
到2℃/sec以上會來的比較恰當!因此坊間都已經有水冷式的
reflow問世了。
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b. Dip設備
以往用於63/37製程的波焊爐是無法使用於無鉛製程,主要原因為無鉛錫棒
的熔點都較以往提升30~40℃,因此錫槽的加熱功率一定要提高,如
的錫絲熔點已經比以往提高30℃以上,假设繼續使用此焊台的話,溫度一定要
調整到420~450℃以上才可以將無鉛錫絲溶化,但是相對烙鐵頭的壽命也將
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降低,因此建議必須要全面更換無鉛專用焊台,瓦數至少達到80瓦以上,溫度
同樣設定在350~380℃,在熱補償速度足夠下即可順利進行錫絲焊接製程
所推薦使用的合金,缺點是所需的作業溫度比較高(270~280℃)。
另外為了
加強此合金焊接後的強度,會在此合金當中添加微量的Ni(大約0.1%)。
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c. 錫銀銅(Sn/Ag3~4%/Cu0.5~1熔點219℃
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无铅制程标示要求
1.線頭做好線體標示. 2.專用線體上治工具/靜電 皮均需做标示. 3.非專用線體静电皮不需要 标示. 4.专用设备需做好标示(钢网 清洗机/波峰焊/錫槽/小錫 爐/锡渣回收桶). 5.SOP內容標示
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Kitting区域标示要求
物料的周转/暂存/发放 三锡/三剂的暂存与管控 治工具的测量/管控/清洗
1.維修工站:工作台/靜電皮/烙鐵/熱風槍/錫絲/清潔劑/助焊劑/ 靜電刷/鑷子/助焊筆等工具進行專用標示.
2.BGA錫球及植球器都貼有無鉛標示.
3.BGA rework工站,由R5轉換生產R6時必須對機種及治工具進行清潔 保養.
4.台車/托盤/泡棉都要進行清潔保養,并做好RoHS專用標示.
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無鉛制程標示要求
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目录
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无铅制程导入要求
无铅制程标示要求
无铅物料标示解读
4
混合制程注意事项
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无铅制程导入要求
物料：符合无铅制程要求.
设备：满足无铅工艺要求.
管控要求: 物料/SOP/治工具使用/标示/保养.
人员技能：经培训且通过考核.
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目录
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无铅制程导入要求
錫條/錫球/錫塊
波峰焊錫條添加 小錫爐錫條的添加
SMT維修BGA使用錫球
回焊爐/波峰焊
回焊爐未做保養 波峰焊錫條添加 清潔錫渣的工具 錫渣回收的工具
小錫爐/BGA重工機
小錫爐錫條的添加 清潔錫渣的工具 錫渣回收的工具 BGA重工機的保養
BGA重工使用錫球 SMT爐前添加錫塊
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制程注意事項
1.印刷機工站 1>線體標示. 2>錫膏的領用. 2.回焊爐工站 1>線體標示. 2>爐前軌道及台面的清潔. 3>爐膛爐壁的清潔保養. 4>人員及治工具的管控. 3.維修工站 1>工站及台面的標示. 2>烙鐵風槍的標示與管控. 3>錫絲的標示與管控. 4>人員及治工具的管控.
无铅制程导入流程
无铅制程导入流程距离2006年7月1日电子产品全面无铅化的日子越来越接近了,电子业界为了符合此一潮流都正在如火如荼的进行各项相关制程的变更,然而在变更的同时势必会发生许许多多的问题,这些问题该如何克服?在导入无铅制程的同时,又该注意什么事情?如何制定无铅制程导入的流程?以下的说明希望能够提供给电子业界先进一些帮助。
在无铅制程当中要了解的事项繁多,因此建议先从以下7大方向来加以讨论：1. 各国相关无铅法令2. PCB基板材质的选择3. 无铅零件材质的选择4. 焊接设备应注意事项5. 焊接材料的选择6. 制程变更7. 可靠度试验1. 各国相关无铅法令:1.1 欧盟目前欧盟已针对电子产品发出禁铅令,并拟定所谓的RoHS指令,此条文中明确规定”铅”,”汞”,”镉”,”六价铬”,”PBB”,”PBDE’s”这六项物质不得存在或者超出所规定的含量,并规定所有的欧盟成员国必须于2004.8.13以前完成立法,并于2006.7.1正式执法。
以下为这六项物质可能冲击的产品。
目前使用的电子产品铅电机电子设备,电池,铅管,汽油添加剂,颜料,PVC安定剂,灯泡之玻璃,CRT,或电视之阴极射线管,焊接材料…等镉被动组件,焊接材料,红外线侦测器,半导体,PVC…等汞温度计,感应器,医疗器材,电讯设备,手机….等PBB&PBDE’s各式电子产品,PCB,组件,电线,塑料盖….等1.2 日本日本电子工业发展协会(JEIDA)、日本工业规格协会(JIS)…等都已经正在进行草拟各种相关的无铅规格要求,在此之前,日本各相关知名厂商如SONY,NEC,HITACHI,PANASONIC,TOSHIBA….等等都已经明定出禁铅的相关条文(例如SONY 之SS00259)1.3 美国美国的电子业界原先针对导入无铅化制程的态度原本就不是那么积极但是在世界环保潮流的推波助澜下,包括NEMI协会及一些世界知名的电子大厂(例如HP,DELL,IBM….等)都已经拟定禁铅的时程。
无铅制程技术岗位培训
无铅制程技术岗位培训级别: C级C级培训大纲:1. 无铅制程培训的目的2. 铅的用量及对人体的危害性3. 各地區對無鉛焊錫的需求4. 积极禁铅及无铅的范围5. 无铅制程导入的目的6. 无铅的定义7. 无铅制程的特点8. 有铅与无铅制程的差异9. 无铅制程导入计划10. 无铅制程导入目标11. 无铅制程试产前准备工作12. 无铅制程关系到的范围13. 无铅制程导入基本架构图14. 无铅制程导入小组讨论内容15. 无铅制程的管理规划16. 无铅DIP区域的划分17. 无铅的波焊及氮气的影响18. 无铅产品文件管制19. 超越的经营宗旨----不求最全，只求最好20. 超越是最好经营SMT专业设备供应商起草:日期: 01核对:日期:1. 无铅制程培训的目的目的: 能让所有工作人员认识到铅对人体的危害性.范围: 适用于所有制造有关到铅的行业2. 铅的用量及对人体的危害性1). 铅的用量:各种行业使用铅的历史已有千年以上,目前全球之年用量约在500万吨左右,其中81%是用于蓄电池,其次是氧化铅白色涂料与武器,两者用途也约在10%左右,是大家用铅的三种去处.其实真正用在电子产品之焊接工业者,也只不过是0.49%而已,但由于其散布范围太广,而且非常不易回收与再利用,是故所造成的污染危害则不能不算严重!2). 铅对人体及危害性铅是一种有毒的重金属，人体过量吸收铅会引起中毒，吸入低量的铅则可能对人的智力、神经系统和生殖系统造成影响，铅化合物很容易渗入地下水,将成为饮用水的潜在危机.以日本为例,其环保法规中即要求地下水的铅不可超过0.3ppm(0.3mg/l),至于美国更在其EPA (Environmental Protection Agency美国环保署) CFR(Center for Future Research 未来研究中心) 141中,规定饮用水的铅含量更严格到上限只有15 ppb(0.015mg/l)的微量.如再按美国环保署EPA40 CFR261中TCLP毒物溶出之试验时,铅的最高溶出量只能分析到5mg/l,而一般电子产品各种焊点中的含铅,废弃后在自然界的流失量(Leaching out),即高出上述溶出试验的数百倍之多,如此危险能不令人戒慎恐惧小心翼翼.為什麼有鉛物料對社會造成影響?堆填區內被廢棄的PCBs 不斷增加3. 各地區對無鉛焊錫的需求•歐洲- Electric and Electronic Equipment (WEEE) Draft Directive2006 年7 月，在歐洲地區禁止輸入或製造含鉛電子產品。
无铅制程导入建议流程
距離2006年7月1日電子產品全面無鉛化的日子越來越接近了,電子業界為了符合此一潮流都正在如火如荼的進行各項相關製程的變更,然而在變更的同時勢必會發生許許多多的問題,這些問題該如何克服?在導入無鉛製程的同時,又該注意什麼事情?如何制定無鉛製程導入的流程?以下的說明希望能夠提供給電子業界先進一些幫助。
在無鉛製程當中要了解的事項繁多,因此建議先從以下7大方向來加以討論：1. 各國相關無鉛法令2. PCB基板材質的選擇3. 無鉛零件材質的選擇4. 焊接設備應注意事項5. 焊接材料的選擇6. 製程變更7. 可靠度試驗1. 各國相關無鉛法令:1.1 歐盟目前歐盟已針對電子產品發出禁鉛令,並擬定所謂的RoHS指令,此條文中明確規定”鉛”,”汞”,”鎘”,”六價鉻”,”PBB”,”PBDE’s”這六項物質不得存在或者超出所規定的含量,並規定所有的歐盟成員國必須於2004.8.13以前完成立法,並於2006.7.1正式執法。
以下為這六項物質可能衝擊的產品。
目前使用的電子產品鉛電機電子設備,電池,鉛管,汽油添加劑,顏料,PVC安定劑,燈泡之玻璃,CRT,或電視之陰極射線管,銲接材料…等鎘被動元件,銲接材料,紅外線偵測器,半導體,PVC…等汞溫度計,感應器,醫療器材,電訊設備,手機….等PBB&PBDE’s各式電子產品,PCB,元件,電線,塑膠蓋….等1.2 日本日本電子工業發展協會(JEIDA)、日本工業規格協會(JIS)…等都已經正在進行草擬各種相關的無鉛規格要求,在此之前,日本各相關知名廠商如SONY,N EC,HITACHI,PANASONIC,TOSHIBA….等等都已經明定出禁鉛的相關條文(例如SONY 之SS00259)1.3 美國美國的電子業界原先針對導入無鉛化製程的態度原本就不是那麼積極但是在世界環保潮流的推波助瀾下,包括NEMI協會及一些世界知名的電子大廠(例如HP,DELL,IBM….等)都已經擬定禁鉛的時程。
无铅制程导入面临问题及解决方案
无铅制程导入面临问题及解决方案1 引言实施无铅化电子组装，许多企业并不主动，而是在各种压力下才转为无铅化生产。
外来压力主要包括法令规定、环保要求、市场利益、用户需求、有害物质回收处理和无铅技术方面等。
无铅化电子组装实施5步法，即：〔1〕选择正确的物料和设备，〔2〕定义制程工艺；〔3〕建立可靠的制造工艺：收集分析数据，排除制程中缺陷；〔4〕执行无铅化生产：生产开始后仔细跟踪制程并作必要的调整；〔5〕控制并改良制程：持续不断的跟进、监控和分析数据，并良好控制整个制程。
2 物料选择2.1 PCB无铅化制造中涉及许多与PCB有关的问题，包括设计、材料和工艺等，特别需要关注和控制的问题有：可焊性及热过程中可焊性的退化问题；较低CTE基材选用问题；合适的焊盘涂层材料选择问题；焊接过程中大尺寸PCB下垂变形问题；高温下基板z轴的热膨胀系数导致通孔可靠性问题；基材高温分解引起的可靠性问题；基材吸水后在高温再流过程中可能导致的内部分层、玻璃纤维和树脂界面接合的退化问题；另外还有兼容性和长期可靠性问题。
基材对于简单产品，焊接温度为235－240摄氏度，对于大热容量的复杂产品，可能需要260摄氏度高温才能满足要求，传统PCB基材大量使用溴化环氧树脂等含卤素聚合物的阻燃材料〔含PBB和PBDE〕，在无铅工艺高的焊接温度下可能出现不可接受的变色、起皮和变形，而且容易释放出高毒性物质〔如二恶英等致癌物〕，另外焊接温度升高，由于材料的CET不匹配，尤其是Z方向，易造成多层结构的PCB金属化孔镀层断裂，一般玻璃转化温度Tg前后，都要求有较低的CTE，如图1中B为合适的材料选择。
常用FR4的Tg在135摄氏度左右，Tg下树脂、玻璃纤维的CTE与Cu〔16×16－6/k〕相似，而在Tg－260摄氏度间Z轴CTE较大，〔80－90×10－6/k〕，基于外观要求、设计难度和绿色制造等理由，无铅化用PCB应转向使用Tg较高的FR4、FR5或CEMn基材有助于降低不匹配产生的应力，但后两者成本较高，表1和图2为不同钎料焊接温度对PCB基材的性能要求。
无铅制程导入生产线注意事项
无铅制程导入生产线注意事项一、无铅解说：随着欧洲WEEE法规要求在2006年前分阶段废止电子焊接中铅的使用，j****及其它相关国家在努力更早的达到相同的目标，无铅应用在全世界正在呈现迅速增长的势头。
毋庸置疑，无铅焊接带来了一系列的挑战，提出作为一般装配的无铅合金还很新，有关其工艺极限的数据也还很少。
两种主要的合金都是锡一银一铜和锡一铅合金的变本。
这些合金具有较高的熔融温度.对金属表面的熔湿也较慢（在实际焊接中，焊锡很难溶解，时间慢，在没有完全熔接时锡点就已凝固，此为目前制程中最大问题），焊点表面也不如锡─铅焊点光滑，光亮。
能够很好地适用于合铅工艺的助焊剂化学成份未必是适合无铅焊接的最佳选择。
二、无铅合金的手工焊接：1:手工焊接可以使用哪些无铅合金和助焊剂。
目前常用的无铅焊线有锡一银一铜（熔点217-221℃），锡银（熔点221℃）以及锡铜（熔点227℃）。
三种合金全都具有免清洗，可水洗或松香配系，并能控制成极为纤细的线径。
这些合金已用于无铅产品的手工装配，并与无铅合金相容。
2:无铅焊料合金需要使用温度较高的烙铁头吗？使用无铅焊接进行手工焊接并不一定需要较高的焊接温度，烙铁头温度700~800华式度之间即可进行正常焊接。
焊接人员会注意到熔温速度比传统的Sn63焊料慢，此外还可能需要略长的接触时间才能达到良好的焊接效果，焊点终饰外观将会不同，终饰外面略为暗淡，是上述无铅焊料的典型特点。
使用具有较高锡含量无铅焊料容易造成烙铁头腐蚀，因而可能需较为频繁的更换烙铁头。
3:无铅焊点再加工可以使用哪些助焊剂？无铅焊接与Sn63焊接并无不同。
助焊剂有免清洗，可水洗及松香类型，可适应各种焊接和再加工工艺。
可水洗型助焊剂，由于其较高的活化剂浓度而能实现更为有效的焊接，免清洗型焊剂传统上由较弱的有机酸制成，其焊接过程较慢，如果曝露于过度加热环境中则较易失活。
无铅制程的导入已成为现在各电子相关行业必须认真面对的一个总体赵势，无铅制程表象上述讲就是不含铅，还属于环保产品，它相对有铅来讲，无论是制程还是材料要求都需高一些，有些操作技巧需要在作业中克服和改善。
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F~G
220 200
oC
C oC
150
B oC A: 预热区加热斜率: B~ C : 浸润区温度: D: 回流区加热斜率: E: 冷却区降温斜率: F~G : 峰值温度: T1: 预热时间: T2 : 浸润时间: T3 : 大于 220 oC的时间 :
Sec.
100
T1
50
T2
T3
pre-heat
SMT制程 回焊炉的加热区域建议至少要8区以上，若低于8区将可能 影响产能。是否添加氮气，可与焊接材料厂商询问并进行 氮气与非氮气下的可靠度比较。冷却区的降温速率必须提 高，以确保合金固化后的强度。 波焊炉的选择原则上是无法使用原先的炉子，因为无铅焊 锡的熔点较高，锡铜成分熔点227℃,建议作业温度275± 5℃； 锡银铜成分熔点217℃,作业温度275± 5℃，因此为了提高 热补偿的速度，加热器的功率势必要提高,另外由于无铅 焊锡本身对不锈钢会有侵蚀的作用,因此炉壁本身建议改用 镀钛合金成分。 无铅焊台(烙铁头)的选择，同样为了提高热补偿的速度， 原先使用的30W或者40W的焊台，都必须提高至少到 80W以上，这样在350~380℃才能够无铅锡丝迅速溶融。
焊点裂痕 切片
Solder Paste Sn-Ag Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Cu-Ni-Ge Liquid Flux 无铅专用助焊劑
Solder Bar Sn-Cu Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Cu-Ni-Ge Paste Flux 无铅专用助焊膏
制程变更
1. SMT制程: (1). 钢网 由于无铅焊锡本身的表面张力比有铅焊锡要大，相对的扩散性会较差,因此钢网的开孔 大小建议至少1:1比例(尤其针对OSP板),另外防锡珠的开法也建议以下方图示为佳! (2). Profile设定 下图a1~a6使用50X以上显微镜观察,发生原因主要是合金特性与降温速度不够快造成 下图b1~b2使用50X以上显微镜观察,发生原因主要是使用含铅零件搭配无铅锡膏,虽然 发生的机率不高,但是仍建议尽量使用无铅锡膏搭配无铅零件
无铅制程导入
导入无铅制程的基本要素流程图
要导入无铅制程主要分成六大类：PCB、零件、焊接设备、焊接材料、制程变更、可 靠度测试，以下將就这六大项目分別说明该如何完成初步的导入无铅制程的基本要素。 另外该如何确保所使用的材料是符合国际规范的无铅化要求也是另一个重点。
PCB基板
主动元件 被动元件
焊接设备
BGA , CSP.…等相关零件所用的ball(除了特殊IC外) 建议采用合金为: Sn - (3~4)Ag – (0.5~1)Cu
主动与被动元件
2. 零件的耐温性: 由于无铅的建议温度中,Peak Temp（峰值温度）为240± 10℃,因此建议所有的 SMT零件其耐温性要求必须达到260℃以上
附注说明: 化金板有”Black Pad”问题 OSP板须注意二次回焊的可焊性
1. 成本:
2. 焊锡性: 3. 可靠度:
(a) < (c) < (d) < (b)
(b) > (c) & (d) > (a) (b) > (a) > (d) > (c)
主动与被动元件
不管是何种元件，一旦导入无铅化，过程都必须深入了解到以下几个问题？ 1. 零件镀层合金组成: (Pb 必须小于100ppm, Cd必须小于5ppm)
预热区
50
Soaking
浸润区
100 150
Reflow Cooling
回流区
200
冷却区
250
1.5~3.0 oC/sec 155~185 oC 1.2~2.3 oC/sec 1.7~2.2 oC/sec 230~250 oC 50~80 sec 60~120 sec 40~70 sec
焊接设备
无铅制程
焊接材料
制程变更
可靠度测试
PCB基板
目前市场上可供无铅制程使用的PCB基板焊垫(PAD)的材质大约可分为六种 其中由于化锡板与锡银铜喷锡板的制程尚未成熟,在此先不进行说明： (a). OSP裸铜板 (c). 化金板 (e). 化锡板 (b). 镀金板 (d). 化银板 (f).锡银铜喷锡板
DIP制程
REWORK制程
焊接材料
以下是建议使用的无铅合金材料：锡银(221℃)，锡铜(227℃)，锡银铜与锡银铜镍锗(217~219℃)
Байду номын сангаас
美国NEMI Sn-3.9Ag-0.6Cu
日本JEIDA Sn-3.0Ag-0.5Cu
欧盟 Sn-3.8Ag-0.7Cu
BGA Sphere Sn-Ag Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Cu-Ni-Ge Solder Wire Sn-Cu Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Cu-Ni-Ge
x
x
O
制程变更
2. DIP制程:
(1). 治具 由于无铅焊锡本身的流动性比含有铅焊锡要差，若要增加流动性势必要提高温度，但 是又因为要考虑到零件的耐温性,很难两全其美，若开启涌波，又很容易形成短路，因 此治具的设计的时候要尽可能与焊接脚离的越开越好！（如下图蓝点较为适当） (2). Profile与锡炉设定条件 Profile设定原則上依照flux供应商建议即可!由于锡银铜合金特性,dip焊点经过焊接 冷却之后很容易形成自然性(非外力破坏型)的焊点裂痕,即使于出口裝设冷风设备 使其急速冷却,也很难完全避免 焊点裂痕 治 具 治具
Chip, Through-hole Components, Connectors…等相关零件 建议采用合金为: Matte Sn (雾锡), Sn-Bi
QPF, TSOP, Connectors, Through-hole post.…等相关零件 建议采用合金为: Matte Sn (雾锡), Ni / Au , Ni / Pd / Au