關(guān)于無鉛工藝的分析和應(yīng)用

在傳統(tǒng)的印刷電路板組裝的焊錫工藝中，一般采用錫鉛焊料（Sn-Pb），其中鉛是作為合金焊料的一種基本元素存在并發(fā)揮作用。

無鉛工藝的基本概念就是在焊錫過程中，無論是手工烙鐵焊、浸焊、波峰焊和回流焊，所使用的焊料都是無鉛焊料（Pb-FeerSoder）,但無鉛焊料并不是代表100%不含鉛。

在有鉛焊料中，鉛是作為一種基本元素而存在的。在無鉛焊料中，基本元素不含鉛。但作為一種雜質(zhì)元素，鉛的存在是不可避免的。因為世界上不存在100%的純金屬。實質(zhì)上無鉛焊料的定義就是無鉛焊料中鉛的上限值的問題。

歐盟出臺的ROHS指令明確要求將鉛的含量控制在0.1wt%以下。

無鉛工藝趨勢

隨著國際環(huán)保要求逐步提高，無鉛工藝成為電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個必然過程。盡管無鉛工藝已經(jīng)推行這么多年，仍有部分企業(yè)使用有鉛工藝，但無鉛工藝完全代替有鉛這是一個必然的結(jié)果。但是無鉛工藝在使用方面有些地方也許還不如有鉛工藝，所以我們以后要研究的是如何讓無鉛工藝更好地替代有鉛工藝。讓ROHS環(huán)保更廣泛的普及，達(dá)到既盈利又環(huán)保的雙贏目標(biāo)。

無鉛工藝的現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)許多大公司也沒有完全采用無鉛工藝而是采取有鉛工藝技術(shù)來提高可靠性，在機車行業(yè)中西門子和龐巴迪等國際知名公司也沒有完 全采用無鉛工藝進(jìn)行生產(chǎn)，而是盡量豁免。

當(dāng)前有許多專業(yè)也認(rèn)為無鉛技術(shù)還有許多問題有待于進(jìn)一步認(rèn)識，如著名工藝專家李寧成博士也認(rèn)為當(dāng)前的無鉛工藝技術(shù)的發(fā)展還沒有有鉛技術(shù)成熟，如先前的無鉛焊接采用的最多的Sn3Ag0.5Cu焊料合金，最近發(fā)現(xiàn)由于Cu的含量稍低，焊點可靠性有些問題，有人建議將Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到1%~2%，但是現(xiàn)在時常上還沒有這種焊料合金的產(chǎn)品。同時無鉛焊接的電子產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有有鉛焊接生產(chǎn)的電子產(chǎn)品豐富。

有鉛工藝和無鉛工藝的比較

有鉛工藝技術(shù)有上百年的發(fā)展歷史，經(jīng)過一大批有鉛工藝專家研究，具有交好的焊接可靠性和穩(wěn)定性，擁有成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù)，這主要取決于有鉛焊料合金的特點。

有鉛焊料合金熔點低，焊接溫度低，對電子產(chǎn)品的熱損壞少；有鉛焊料合金潤濕角小，可焊性好，產(chǎn)品焊點“假焊”的可能性??；焊料合金的韌性好，形成的焊點抗震動性能好于無鉛焊點。

無鉛焊接工藝從目前的研究結(jié)果中摸索有可替代合金的熔點溫度都高于現(xiàn)有的錫鉛合金。例如從目前較可能被業(yè)界廣泛接受的“錫——銀——銅”合金看來，起熔點是217℃，這將在焊接工藝中造成工藝窗口的大大縮小。理論上工藝窗口的縮小為從錫鉛焊料的37℃降到23℃。實際上，工藝窗口的縮小遠(yuǎn)比理論值大。因為在實際工作中我們的測溫法喊有一定的不準(zhǔn)確性，加上DFM的限制，以及要很好地照顧到焊點“外觀”等，回流焊接工藝窗口其實只有約14℃。

不只是工藝窗口的縮小給工藝人員帶來巨大的挑戰(zhàn)，焊接溫度的提高也使得焊接工藝更加困難。其中一項就是高溫焊接過程中的氧化現(xiàn)象。我們都知道，氧化層會使焊接困難、潤濕不良以及造成虛焊。氧化程度除了器件來料本身要有足夠的控制外，擁護(hù)的庫存條件和時間、加工前的處理(例如除濕烘烤)以及焊接中預(yù)熱(或恒溫)階段所承受的熱能(溫度和時間)等都是決定因素。

由于無鉛焊接工藝窗口比起含鉛焊接工藝窗口有著顯著的縮小，業(yè)界有些人認(rèn)為氮氣焊接環(huán)境的使用也許有必要。氮氣焊接能夠減少熔錫的表面張力，增加其濕潤性。也能防止預(yù)熱期間造成的氧化。但氮氣非萬能，它不能解決所有無鉛帶來的問題。尤其是不可能解決焊接工藝前已經(jīng)造成的問題。

在目前的回流焊接設(shè)備中，使用強制熱風(fēng)對流原理的爐子設(shè)計是主流。熱風(fēng)對流技術(shù)在升溫速度的可控性以及恒溫能力方面較強。在加熱效率和加熱均勻性以重復(fù)性等方面較弱。這些弱點，在含鉛技術(shù)中體現(xiàn)的并不嚴(yán)重，許多情況下還可以被接受。隨著無鉛技術(shù)工藝窗口的縮小和對重復(fù)性的更高要求，熱風(fēng)對流技術(shù)將受到挑戰(zhàn)。