內(nèi)  容

一、鉛的危害及實(shí)施無(wú)鉛化的必要性與可行性

在軟釬焊的發(fā)展過(guò)程中，錫鉛合金一直是最優(yōu)質(zhì)的、廉價(jià)的焊接材料，無(wú)論是焊接質(zhì)量還是焊后的可靠性都能夠達(dá)到使用要求；但是，隨著人類(lèi)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，“鉛”及其化合物對(duì)人體的危害及對(duì)環(huán)境的污染，越來(lái)越被人類(lèi)所重視。        

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)將鉛及其化合物定性為17種嚴(yán)重危害人類(lèi)壽命與自然環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)之一，鉛右通過(guò)滲入地下水系統(tǒng)而進(jìn)入動(dòng)物或人類(lèi)的食物鏈；在日常工作中，人體可通過(guò)皮膚吸收、呼吸、進(jìn)食等吸收鉛或其化合物，當(dāng)這些物質(zhì)在人體內(nèi)達(dá)到一定量時(shí)，會(huì)影響體內(nèi)蛋白質(zhì)的正常合成，破壞中樞神經(jīng)，造成神經(jīng)和再生系統(tǒng)紊亂、呆滯、貧血、智力下降、高血壓甚至不孕等癥狀；鉛中毒屬重金屬中毒，在人體內(nèi)它還有不可排泄、并且會(huì)逐漸積累的問(wèn)題。美國(guó)職業(yè)安全與健康管理署(OSHA)標(biāo)準(zhǔn)：成人血液中鉛含量應(yīng)低于50mg/dl，兒童血液中鉛含量應(yīng)低于30mg/dl。

中國(guó)已加入WTO，中國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)逐步與國(guó)際市場(chǎng)接軌；為了提高自身產(chǎn)品的適應(yīng)能力，及出口時(shí)避免上述不必要的麻煩，國(guó)內(nèi)廠商應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品無(wú)鉛化的意識(shí)，盡快地適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)的要求，不要走在別人的后面，否則產(chǎn)品將失去一定的競(jìng)爭(zhēng)力，在日趨激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于下風(fēng)；在我國(guó)沿海開(kāi)放地區(qū)的外資廠居多，其中上規(guī)模的國(guó)際大公司也不少，這些外資公司已經(jīng)注意到了無(wú)鉛化的必要性，有些公司已將無(wú)鉛化提入公司改進(jìn)日程。

綠色環(huán)保產(chǎn)品是新世紀(jì)的主流，但是無(wú)鉛化是否可行呢？這個(gè)問(wèn)題要從技術(shù)、成本以及無(wú)鉛焊料與目前軟釬焊設(shè)備的兼容性等多個(gè)角度去解答。首先從技術(shù)上來(lái)講，無(wú)鉛化已得到了多個(gè)國(guó)家的重視，好多國(guó)家設(shè)有無(wú)鉛焊料研發(fā)的專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)，這些研發(fā)機(jī)構(gòu)以及軟釬焊料生產(chǎn)廠商，都已經(jīng)研發(fā)出多種無(wú)鉛焊料，且有相當(dāng)一部分被實(shí)驗(yàn)證明是可以替代錫鉛焊料的產(chǎn)品，（具體的無(wú)鉛焊料種類(lèi)及其特性本文第五要點(diǎn)有詳細(xì)介紹）；從成本角度考慮，目前所開(kāi)發(fā)出的無(wú)鉛焊料成本一般的在錫鉛合金價(jià)格的2~3倍左右，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，所用焊料的費(fèi)用不超過(guò)產(chǎn)品總成本的0.1%左右，所以不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的總體成本造成太大的影響；就設(shè)備而言，目前也有適應(yīng)無(wú)鉛焊料的波峰焊及再流焊設(shè)備出廠，但是，眾多無(wú)鉛焊料研發(fā)機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)商仍在不斷努力改進(jìn)無(wú)鉛焊料本身的質(zhì)量參數(shù)，以適應(yīng)客戶(hù)目前的現(xiàn)有設(shè)備。

綜上所述，縱觀世界潮流、與目前無(wú)鉛化的進(jìn)程表明，無(wú)鉛化是完全必要的也是可行的。

二、無(wú)鉛焊料發(fā)展進(jìn)程

1991和1993年：美國(guó)參議院提出將電子焊料中鉛含量控制在0.1%以下的要求，遭到美國(guó)工業(yè)界強(qiáng)烈反對(duì)而夭折；

1991年起NEMI, NCMS, NIST, DIT, NPL, PCIF, ITRI, JIEP等組織相繼開(kāi)展無(wú)鉛焊料的專(zhuān)題研究，耗資超過(guò) 2000萬(wàn)美元，目前仍在繼續(xù)；

1998年日本修訂家用電子產(chǎn)品再生法，驅(qū)使企業(yè)界開(kāi)發(fā)無(wú)鉛電子產(chǎn)品；

1998年10月日本松夏公司第一款批量生產(chǎn)的無(wú)鉛電子產(chǎn)品問(wèn)世；

2000年6月：美國(guó)IPC  Lead-Free Roadmap 第4版發(fā)表，建議美國(guó)企業(yè)界于2001年推出無(wú)鉛化電子產(chǎn)品，2004年實(shí)現(xiàn)全面無(wú)鉛化；

2000年8月：日本 JEITA  Lead-Free Roadmap 1.3 版發(fā)表，建議日本企業(yè)界于2003年實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)鉛電子組裝；

2002年1月歐盟 Lead-Free  Roadmap1.0 版發(fā)表，根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果向業(yè)界提供關(guān)于無(wú)鉛化的重要統(tǒng)計(jì)資料；

歐盟議會(huì)和歐盟理事會(huì)2003年1月23日發(fā)布了第2002/95/EC號(hào)《關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令》，在這個(gè)指令中，歐盟明確規(guī)定了六種有害物質(zhì)為：“汞（Hg）、鎘（Cd）、六價(jià)鉻（Cr）、鉛（Pb）、聚溴聯(lián)苯（PBB）、聚溴二苯醚（PBDE）”；并強(qiáng)制要求自2006年7月1日起，在歐洲市場(chǎng)上銷(xiāo)售的電子產(chǎn)品必須為無(wú)鉛的電子產(chǎn)品；（個(gè)別類(lèi)型電子產(chǎn)品暫時(shí)除外）

2003年3月，中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部擬定《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》，提議自2006年7月1日起投放市場(chǎng)的國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)管目錄內(nèi)的電子信息產(chǎn)品不能含有Pb。

三、軟釬焊行業(yè)對(duì)無(wú)鉛焊料的要求

無(wú)鉛焊料首先要能夠真正滿(mǎn)足環(huán)保要求，不能把鉛去除了，又添加了新的有毒或有害的物質(zhì)；要確保無(wú)鉛焊料的可焊性及焊后的可靠性，并要考慮到客戶(hù)所承受的成本等眾多問(wèn)題。概括起來(lái)講，無(wú)鉛焊料應(yīng)盡量滿(mǎn)足以下這些要求：

1、無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)要低，盡可能地接近63/37錫鉛合金的共晶溫度1830C，如果新產(chǎn)品的共晶溫度只高出1830C幾度應(yīng)該不是很大問(wèn)題，但目前尚沒(méi)有能夠真正推廣的，并符合焊接要求的此類(lèi)無(wú)鉛焊料；另外，在開(kāi)發(fā)出有較低共晶溫度的無(wú)鉛焊料以前，應(yīng)盡量把無(wú)鉛焊料的熔融間隔溫差降下來(lái)，即盡量減小其固相線(xiàn)與液相線(xiàn)之間的溫度區(qū)間，固相線(xiàn)溫度最小為1500C，液相線(xiàn)溫度視具體應(yīng)用而定(波峰焊用錫條：2650C以下；錫絲：3750C以下；SMT用焊錫膏：2500C以下，通常要求回流焊溫度應(yīng)該低于225~2300C)。

2、無(wú)鉛焊料要有良好的潤(rùn)濕性；一般情況下，再流焊時(shí)焊料在液相線(xiàn)以上停留的時(shí)間為30~90秒，波峰焊時(shí)被焊接組件管腳及線(xiàn)路板基板面與錫液波峰接觸的時(shí)間為4秒左右，使用無(wú)鉛焊料以后，要保證在以上時(shí)間范圍內(nèi)焊料能表現(xiàn)出良好的潤(rùn)濕性能，以保證優(yōu)質(zhì)的焊接效果；

3、焊接后的導(dǎo)電及導(dǎo)熱率都要與63/37錫鉛合金焊料相接近；

4、焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度、韌性、延展性及抗蠕變性能都要與錫鉛合金的性能相差不多；

5、成本盡可能的降低；目前，能控制在錫鉛合金的1.5~2倍，是比較理想的價(jià)位；

6、所開(kāi)發(fā)的無(wú)鉛焊料在使用過(guò)程中，與線(xiàn)路板的銅基、或線(xiàn)路板所鍍的無(wú)鉛焊料、以及元器件管腳或其表面的無(wú)鉛焊料及其它金屬鍍層間，有良好的釬合性能；

7、新開(kāi)發(fā)的無(wú)鉛焊料盡量與各類(lèi)助焊劑相匹配，并且兼容性要盡可能的強(qiáng)；既能夠在活性松香樹(shù)脂型助焊劑（RA）的支持下工作，也能夠適用溫和型、弱活性松香焊劑（RMA）或不含松香樹(shù)脂的免清洗助焊劑才是以后的發(fā)展趨勢(shì)；

8、焊接后對(duì)焊點(diǎn)的檢驗(yàn)、返修要容易；

9、所選用原材料能夠滿(mǎn)足長(zhǎng)期的充分供應(yīng)；

10、與目前所用的設(shè)備工藝相兼容，在不更換設(shè)備的狀況下可以工作。

四、無(wú)鉛化進(jìn)程中所涉及的相關(guān)行業(yè)及其協(xié)作關(guān)系

在無(wú)鉛化的推廣與導(dǎo)入過(guò)程中，不可避免地會(huì)與多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生或多或少的關(guān)系，這就要求相關(guān)行業(yè)之間要互相協(xié)作，統(tǒng)一目標(biāo)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；避免重復(fù)的、相互牽制的工作，這樣會(huì)影響無(wú)鉛化的推廣與導(dǎo)入；這其中所涉及的相關(guān)行業(yè)及其之間的相互協(xié)作關(guān)系如下：

1、電子制造業(yè)廠商：

電子制造廠商是無(wú)鉛焊料的使用廠商，是無(wú)鉛化最重要的執(zhí)行對(duì)象，也是無(wú)鉛化推廣的終端；這些廠商應(yīng)根據(jù)自身產(chǎn)品及客戶(hù)對(duì)象等狀況，去決定何時(shí)去導(dǎo)入無(wú)鉛化制程，以及如何導(dǎo)入等問(wèn)題；一旦確定要實(shí)施產(chǎn)品無(wú)鉛化，就應(yīng)該配合原材料供貨商及客戶(hù)，把無(wú)鉛化的導(dǎo)入作為一個(gè)改造或改進(jìn)方案提上公司工作日程（相關(guān)導(dǎo)入制程請(qǐng)參考本文第七點(diǎn)相關(guān)論述）。電子制造廠商是否重視無(wú)鉛化進(jìn)程，是否能夠與其它相關(guān)行業(yè)有效地配合等，都會(huì)影響到無(wú)鉛焊料的推廣與最終的實(shí)施、普及。

所以，電子制造廠商將在無(wú)鉛化的推廣進(jìn)程中起著決定性的作用。

2、電子元器件廠商：

電子元器件廠商既是無(wú)鉛化的推動(dòng)者，同時(shí)也是無(wú)鉛焊料的使用廠商，這類(lèi)廠商本來(lái)也屬電子制造廠商，但同時(shí)作為元器件的生產(chǎn)商又有其特殊性，所以把它單列出來(lái)，與電子制造廠商區(qū)別來(lái)講。生產(chǎn)元器件管腳需要鍍錫的廠商，如：二極管、變壓器、線(xiàn)圈等產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該選擇無(wú)鉛焊料去作鍍層，以適應(yīng)無(wú)鉛化的要求；另外，需要使用釬焊材料來(lái)完成焊接的元器件廠商，更要重視無(wú)鉛焊料的問(wèn)題，如：陶瓷電容器等廠商，在無(wú)鉛焊料推廣使用初期，焊接時(shí)的工作溫度比起以前有所提高，如何避免在經(jīng)過(guò)高溫焊接時(shí)，電容器或其它元器件內(nèi)的釬焊料不受高溫影響也是應(yīng)該早作考慮的問(wèn)題。 

電子元器件制造商，應(yīng)與客戶(hù)溝通協(xié)調(diào)，另外應(yīng)詢(xún)求無(wú)鉛焊料生產(chǎn)廠商的配合，在無(wú)鉛化進(jìn)程中起到應(yīng)有的支持作用。

   3、線(xiàn)路板制造廠商：

線(xiàn)路板制造廠商在無(wú)鉛化的進(jìn)程中，也應(yīng)與其它相關(guān)行業(yè)保持良好的協(xié)作關(guān)系；實(shí)行無(wú)鉛化后，要求這些廠商無(wú)論是單面板的鍍錫或是多層板熱風(fēng)整平時(shí)的噴錫，都應(yīng)選擇無(wú)鉛焊料作業(yè)；另外，在線(xiàn)路板表面防氧化層的物質(zhì)選擇上，也應(yīng)考慮這些物質(zhì)與各種無(wú)鉛焊料的釬合性能問(wèn)題，耐溫要提高。

這些廠商在無(wú)鉛化的進(jìn)程中，同電子元器件的生產(chǎn)廠商一樣，既是無(wú)鉛焊料的使用者，也是無(wú)鉛化推進(jìn)過(guò)程中的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)無(wú)鉛化的進(jìn)程起到不可忽視的支持作用。

4、軟釬焊料生產(chǎn)廠商：

軟釬焊料生產(chǎn)廠商應(yīng)該定位在無(wú)鉛化進(jìn)程中的核心位置，從研發(fā)試驗(yàn)，到無(wú)鉛焊料的交付使用，都應(yīng)起到主導(dǎo)的作用；在無(wú)鉛化的進(jìn)程中，焊料生產(chǎn)廠商所應(yīng)做的工作最多，在與其它各行業(yè)的協(xié)調(diào)過(guò)程中也起著關(guān)鍵的決定性作用。

目前，對(duì)此類(lèi)廠商的要求是：盡快地開(kāi)發(fā)出經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的無(wú)鉛焊料產(chǎn)品，并且在無(wú)鉛焊料推廣初期，應(yīng)首先掌握無(wú)鉛化的推廣與導(dǎo)入技術(shù)；此類(lèi)廠商應(yīng)與電子元器件生產(chǎn)商、電子制造廠商、線(xiàn)路板生產(chǎn)廠商以及設(shè)備生產(chǎn)廠商、無(wú)釬焊料專(zhuān)業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)做好協(xié)調(diào)工作，避免重復(fù)的開(kāi)發(fā)、研制工作。

另外，在此類(lèi)生產(chǎn)廠商內(nèi)部，應(yīng)首先加強(qiáng)行銷(xiāo)人員的無(wú)鉛化專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以便更好地指導(dǎo)客戶(hù)、服務(wù)市場(chǎng)，把無(wú)鉛化的推廣與導(dǎo)入工作做好、做細(xì)。

5、軟釬焊用設(shè)備制造商：

此類(lèi)廠商在目前的環(huán)境下，應(yīng)充分掌握無(wú)鉛焊料的研發(fā)動(dòng)態(tài)，并充分了解電子制造業(yè)的工藝、制程的發(fā)展動(dòng)態(tài)，以協(xié)助解決無(wú)鉛焊料在使用中所存在的各種相關(guān)問(wèn)題；

對(duì)此類(lèi)廠商的基本要求是：充分掌握無(wú)鉛焊料的發(fā)展動(dòng)態(tài)及特性，另外一點(diǎn)就是反應(yīng)一定要快，能夠時(shí)時(shí)滿(mǎn)足客戶(hù)各方面的要求。

6、無(wú)鉛焊料的專(zhuān)業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)：

無(wú)鉛焊料專(zhuān)業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)在無(wú)鉛化進(jìn)程的初期，對(duì)無(wú)鉛焊料的研發(fā)起到了重要的推動(dòng)作用，促使了無(wú)鉛焊料的新品不斷產(chǎn)生，相關(guān)技術(shù)含量不斷提升，對(duì)無(wú)鉛焊料的推廣與導(dǎo)入提供了一定的技術(shù)保障。

此類(lèi)機(jī)構(gòu)應(yīng)與焊料生產(chǎn)廠商協(xié)調(diào)配合，不斷把最新的實(shí)驗(yàn)成果，通過(guò)焊料生產(chǎn)廠商推向市場(chǎng)，做實(shí)用化試驗(yàn)，以加快無(wú)鉛化進(jìn)程。

五、目前所開(kāi)發(fā)的無(wú)鉛焊料種類(lèi)及其品質(zhì)、成本之評(píng)估

     在無(wú)鉛焊料的開(kāi)發(fā)初期，大多焊料廠商存在較嚴(yán)重的誤區(qū)，有人認(rèn)為把錫鉛合金中的鉛除去就是無(wú)鉛焊料了，其實(shí)那只是純錫，而不是無(wú)鉛焊料，純錫的抗拉強(qiáng)度、延展性、抗蠕變性能等都要比錫鉛合金差得多；所以在去除鉛的成份以后，必須找到一種或幾種能夠從性能、成本等角度代替鉛的金屬元素。新的無(wú)鉛焊料必須與63/37錫鉛合金的各種性能相接近。

1、無(wú)鉛焊料研發(fā)現(xiàn)狀：

美國(guó)國(guó)家生產(chǎn)科學(xué)研究所(NCMS)通過(guò)篩選得到了7種無(wú)鉛焊料并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)用性和可靠性二次評(píng)審，最后推薦了三種合金供選擇。（見(jiàn)表一）

表一：美國(guó)用于表面安裝推薦的三種無(wú)鉛焊料合金

    在日本，日本電子工業(yè)振興協(xié)會(huì)（JEITA）組織評(píng)定了無(wú)鉛焊料。表二為JEIDA組織評(píng)定的過(guò)渡期可用的合金。

    表二、JEIDA組織評(píng)定的可用的合金

2、無(wú)鉛焊料的種類(lèi)及特性

從各國(guó)相關(guān)組織推薦的各種無(wú)鉛焊料及各大公司試用的狀況總結(jié)，目前過(guò)渡期無(wú)鉛焊料可分為下述4類(lèi)，見(jiàn)下表：

3、金箭焊料有限公司無(wú)鉛焊料成份的篩選：

篩選依據(jù)見(jiàn)本文（三），為達(dá)目標(biāo)選擇種類(lèi)以Sn-Cu系Sn-Ag系為基礎(chǔ)，供選擇的添加元素如下：

●熔點(diǎn)降低類(lèi)：銦（In）鉍（Bi）

●抗氧化類(lèi)：鎵（Ga）銦（In）磷（P）

●改善組織結(jié)構(gòu)類(lèi)：鍺（Ge）鈰（Ce）

（請(qǐng)參考以下示意圖）

銀（Ag）

9610C

強(qiáng)

度

提

高

熔點(diǎn)降低                  防止斷裂

鉍（Bi）            錫（Sn）                銅（Cu）

         2710C               2320C                   10830C

                              熔

點(diǎn)

降

低

                            鋅（Zn）

                             4320C

最后得到Sn-Ag-Cu-Bi/Sn-Ag-Cu系可進(jìn)入下輪篩選。

3．1以熔點(diǎn)管法進(jìn)行Sn-Ag 、Sn-Cu二元合金，再添加熔點(diǎn)降低類(lèi)元素組成Sn-Cu-In/Sn-Cu-Bi/Sn-Ag-Bi/Sn-Ag-Cu-Bi/Sn-Ag-Cu-In等三元四元合金進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)含銦焊料熔點(diǎn)下降明顯，熔融溫度區(qū)間也小，只是價(jià)格及供貨能力差而被排除；含鉍的合金熔融區(qū)間較大，對(duì)降低固相線(xiàn)明顯，對(duì)降低液相線(xiàn)不明顯，只能限定在3%以下。熔點(diǎn)管法較示差熱分析儀直觀速度快。

3．2以靜止錫鍋法測(cè)試Sn-Ag-Cu/Sn-Ag-Cu-Bi/Sn-Cu/Sn-Ag等二元、三元、四元合金添加抗氧化成份在規(guī)定時(shí)間內(nèi)以出渣多少來(lái)進(jìn)行評(píng)定，結(jié)論如下：Ga、In、p<50ppm有效。

3．3 以電子顯微鏡觀察Sn-Cu/Sn-Ag/Sn-Ag-Cu/Sn-Ag-Cu-Bi等二元、三元、四元合金的金相結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)銀超過(guò)3.5%時(shí)合金形成Ag-Sn粗化結(jié)構(gòu)；Bi在21%以下時(shí)出現(xiàn)共晶部分；添加Ge、Ce后會(huì)形成微細(xì)粒子改善了無(wú)鉛焊料的組織結(jié)構(gòu)。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)結(jié)果形成了以Sn-Cu/Sn-Ag/Sn-Ag-Cu/Sn-Ag-Cu-Bi為基礎(chǔ)并添加Ga、In、P、Ge等元素在內(nèi)的無(wú)鉛焊料。

4、無(wú)鉛焊料的抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)：

為考核焊料焊接后的強(qiáng)度，我們?cè)O(shè)計(jì)了下述方案完成焊接，同樣的焊料量、焊點(diǎn)大小一致為3X3mm，厚度為0.3mm的T2銅片,實(shí)驗(yàn)示意圖如下：

在拉力試驗(yàn)機(jī)上做剝離強(qiáng)度試驗(yàn)，用我公司GA-F960無(wú)鉛焊料專(zhuān)用焊劑，得到下述結(jié)論：

5、無(wú)鉛焊料潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)：

    實(shí)驗(yàn)樣品：Sn-Ag-Cu系、Sn-Ag-Cu-Bi系、Sn-Ag-Cu-Sb系、Sn-Ag系及Sn- Cu系無(wú)鉛焊料；Sn60/Pb40有鉛焊料

             （所用助焊劑為金箭公司生產(chǎn)的GA-F960）

實(shí)驗(yàn)儀器:游標(biāo)卡尺測(cè)量法

實(shí)驗(yàn)步驟:

  1.樣板的制備:

    將T2 銅板剪成適當(dāng)?shù)男�塊,用(1:2)鹽酸除去氧化膜后,用水沖洗,再用乙醇清洗,放置空氣中干燥后,放入150℃±5℃烘箱內(nèi)1小時(shí)氧化,取出放入嚴(yán)密的玻璃瓶中備用。

  2.試料：

    稱(chēng)取0.3000±0.002g無(wú)鉛焊絲(Φ1.0),用小細(xì)棒彎成小圓圈、或用0.3000±0.002g的無(wú)鉛焊料。

  3.試驗(yàn)步驟：

將銅板一角彎一小角,將試料環(huán)放在試驗(yàn)板中心,用鑷子夾住試驗(yàn)板小角(焊劑滴三滴,固體焊劑稱(chēng)3g)放入錫鍋,在30s內(nèi)熔化并擴(kuò)展,取出常溫下冷卻,用乙醇清除殘余物,用千分尺測(cè)銅板厚度H0 和銅板中試料中心最高處的厚度HA 。

擴(kuò)展率=4.06-(HA -HO )/ 4.06×100%

Sn-Ag-Cu系                             

             Sn60/Pb40                            

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示:

6、無(wú)鉛焊料伸展率評(píng)價(jià)：

將所評(píng)價(jià)焊料在拉力試驗(yàn)機(jī)上做伸展率測(cè)試，測(cè)試樣件拉成φ3mm絲或鑄成5X5X100mm的條；測(cè)試結(jié)果如下：

7、無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)評(píng)價(jià)：

將所評(píng)價(jià)的無(wú)鉛焊料以示差熱分析儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試分析（DTA）：根據(jù)GB/T1425-1996《貴金屬及其合金熔化溫度范圍的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試結(jié)果如下：

8、無(wú)鉛焊料抗疲勞性能評(píng)價(jià)：

在850C±20C相對(duì)濕度85±5%的恒溫恒濕箱中將本節(jié)5和8中的樣片做48小時(shí)老化實(shí)驗(yàn)后，測(cè)試伸展率和抗拉強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果如下：

9、無(wú)鉛焊料的成本評(píng)估：

六、無(wú)鉛焊料的推廣應(yīng)用過(guò)程中所需解決或應(yīng)注意的相關(guān)問(wèn)題

1、無(wú)鉛錫絲的使用：

①、注意烙鐵功率的選擇，無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)比錫鉛合金高出許多，在不影響元器件所受熱沖擊的情況下，可適當(dāng)把烙鐵功率加大，以加快熔錫與上錫的速度；焊接溫度不能低于3750C或用60W烙鐵。

②、在焊后焊點(diǎn)的感觀上，不能按以往錫鉛合金的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判，通常的無(wú)鉛焊料焊點(diǎn)不如錫鉛合金焊點(diǎn)平滑、光亮，但只要能保證焊點(diǎn)的完全焊接及其檢測(cè)時(shí)的可靠性，應(yīng)屬可接受范圍。

2、波峰爐的使用：

就設(shè)備而言，目前也有適應(yīng)無(wú)鉛焊料的波峰焊及再流焊設(shè)備出廠，但是，眾多無(wú)鉛焊料研發(fā)及生產(chǎn)商仍在不斷努力改進(jìn)無(wú)鉛焊料本身的質(zhì)素，以適應(yīng)客戶(hù)的現(xiàn)有設(shè)備。

①、關(guān)于波峰爐的設(shè)備：

就Sn-Ag-Cu焊料來(lái)講，其工作溫度應(yīng)在2550C左右，就各廠商目前錫爐設(shè)備能否適用而言，還要看自身設(shè)備的實(shí)際狀況，一般情況下應(yīng)該是可以滿(mǎn)足。但是考慮到無(wú)鉛料料的固相線(xiàn)和液相線(xiàn)之間還存在較大的區(qū)間，這樣對(duì)焊料的凝固時(shí)間就產(chǎn)生了影響，會(huì)延遲焊料的凝固，所以，如果條件允許的話(huà)，可以在波峰爐錫槽后，加一個(gè)強(qiáng)制降溫的裝置，以加大線(xiàn)路板經(jīng)過(guò)波峰后的降溫速率，有利于焊點(diǎn)的形成；另外，在波峰爐鏈條進(jìn)口與出口處作好擋簾保溫設(shè)施，以及加長(zhǎng)預(yù)熱區(qū)、對(duì)錫槽作鍍層外理等措施，以保持無(wú)鉛波峰爐良好的焊接狀態(tài)。

②、預(yù)熱溫度及錫爐溫度設(shè)定：

相關(guān)預(yù)熱及錫爐溫度設(shè)定的問(wèn)題，最好向焊料或元器件的供貨商咨詢(xún)，并要求對(duì)方在供貨或交付樣品前提交相關(guān)參數(shù)；無(wú)鉛焊料所定參數(shù)大致如下：預(yù)熱溫度90~1100C，錫爐溫度在250~2600C（以上均為實(shí)際溫度），走板速度一般定在1.1~1.4m/min不等；

根據(jù)目前所開(kāi)發(fā)的無(wú)鉛焊料的實(shí)際情況及現(xiàn)有波峰爐的狀況，通過(guò)對(duì)走板速度的調(diào)控，當(dāng)線(xiàn)路板走完0.9m左右的長(zhǎng)度預(yù)熱區(qū)時(shí)，板面實(shí)際受熱溫度完全在可達(dá)到1000C以上，這樣的預(yù)熱溫度能夠達(dá)到無(wú)鉛焊料對(duì)預(yù)熱溫度的要求。

目前錫爐設(shè)備生產(chǎn)商所生產(chǎn)波峰爐，錫液所達(dá)到的最高溫度上限一般都設(shè)定在3000C左右，也能夠滿(mǎn)足無(wú)鉛焊料的2550C左右的工作溫度；另外，PCB生產(chǎn)廠商的阻焊膜的抗高溫能力定在270-2900C；據(jù)此，目前的波峰爐及PCB狀況基本能適應(yīng)無(wú)鉛焊料的焊接要求。

以上工作參數(shù)的設(shè)定，只是從錫爐及焊料本身去考慮；在實(shí)際工作中，電子制造廠商還應(yīng)該審視自身產(chǎn)品，以及線(xiàn)路板上組件的精密程度、所能承受的熱沖擊程度等狀況，在綜合所有相關(guān)供貨商的指導(dǎo)資料后，再去設(shè)定以上參數(shù)；焊接溫度曲線(xiàn)高出共晶點(diǎn)溫度或高出液相線(xiàn)溫度100C左右開(kāi)始試驗(yàn)，據(jù)使用無(wú)鉛焊料的用戶(hù)反饋信息分析，此種試驗(yàn)是非常必要的、有效的。

3、再流焊設(shè)備的使用

①、設(shè)備所面臨的問(wèn)題：

關(guān)于再流焊設(shè)備要不要更新、在現(xiàn)有的設(shè)備基礎(chǔ)上要不要采用氮?dú)獗Ｗo(hù)等問(wèn)題，目前仍沒(méi)有定論；但因?yàn)闊o(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)較以往錫鉛合金焊料高，也使得再流焊過(guò)程中產(chǎn)品上各點(diǎn)的溫差要高出許多，這就意味著再流焊的加熱效率將面臨較大的挑戰(zhàn)，紅外線(xiàn)加熱的再流焊機(jī)或加熱效率不理想的再流焊設(shè)備，有可能在無(wú)鉛焊料的推廣中遭到淘汰；擁有這類(lèi)設(shè)備的廠商，在推行無(wú)鉛焊料前應(yīng)慎重考慮與評(píng)估。

②、再流焊區(qū)線(xiàn)的設(shè)定：

     具體的無(wú)鉛焊料再流焊溫度曲線(xiàn)，電子制造業(yè)廠商應(yīng)向焊料供貨商要求提供；每一種不同配比的無(wú)鉛焊料，其溫度曲線(xiàn)都是不同的；就目前無(wú)鉛焊料開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀而言，整個(gè)再流焊工作溫度曲線(xiàn)將比63/37錫鉛合金焊料提高200C左右；在更改工作溫度曲線(xiàn)前，應(yīng)首先對(duì)自身產(chǎn)品及元器件所能承受之熱沖擊狀況做出論證，然后再審慎調(diào)整。

③、無(wú)鉛焊錫膏錫粉成份之選擇:

考慮到再流焊的特殊性，在選擇焊料的成份配比上，與波峰爐稍有不同，建議選擇Sn-Ag-Cu或Sn-Ag-Cu-Bi系列焊料，Sn-Ag-Cu焊料被美國(guó)NEMI(National Electronics and Marufacturing Iniviative)推薦為“標(biāo)準(zhǔn)”焊料；ITRI也擬把Sn-Ag-Cu焊料推薦為Sn-Pb通用替代物。

4、輔助材料的使用：

①、無(wú)鉛焊料用助焊劑

實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化以后，焊料采用無(wú)鉛焊料，其在焊接效果及特性上與以往的錫鉛合金有很大的不同，所以，選擇與無(wú)鉛焊料相匹配的助焊劑是完全必要的。

如果是活性的松香助焊劑（RA），應(yīng)該可以滿(mǎn)足各種無(wú)鉛焊料的要求，但是此類(lèi)焊劑焊后的殘留將是令人頭痛的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)較高的焊接溫度，有可能會(huì)產(chǎn)生難以清除的殘留物質(zhì)，這是助焊劑組份中某些物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境時(shí)被氧化后形成的，這部分物質(zhì)的存在有可能會(huì)對(duì)焊后的電性能存在一定的影響；另外，使用普通弱活松香型（RMA）或免清洗助焊劑，都存在著焊劑中活化物質(zhì)的活化溫度與目前無(wú)鉛焊料的較高工作溫度不相匹配的問(wèn)題。

這就要求助焊劑生產(chǎn)廠商要開(kāi)發(fā)出一種用活性較強(qiáng)、抗氧化能力更強(qiáng)、潤(rùn)濕性更好熱穩(wěn)定性更好的助焊劑供客商選擇使用。電子制造廠商在選擇無(wú)鉛焊料的同時(shí)，應(yīng)向供貨商咨詢(xún)相關(guān)配套助焊劑的問(wèn)題。

②、惰性氣氛（氮?dú)猓?

關(guān)于無(wú)鉛焊料使用中是否一定要使用氮?dú)獗Ｗo(hù)，目前尚無(wú)一種定論，據(jù)“液化空氣（天津）有限公司”的陳文洪先生在《惰性焊接和無(wú)鉛焊料》一文中的對(duì)此作了以下論述：

第一、使用惰性氣氛以后的低含氧量，可以幫助保護(hù)金屬和助焊劑不產(chǎn)生過(guò)量氧化物，提高焊料及助焊劑的潤(rùn)濕性能；

第二、空氣氣氛下產(chǎn)生的助焊劑氧化物是難以去除的，如果把熱氮?dú)庥糜诋a(chǎn)品返修中，可減少氧化物，簡(jiǎn)化工藝。

第三、在以下情況下應(yīng)使用氮?dú)猓焊叩牟僮鳒囟取⒓?xì)間距、復(fù)雜的裝配或是產(chǎn)品高可靠度要求使用氮?dú)獗Ｗo(hù)時(shí)，應(yīng)該使用氮?dú)獗Ｗo(hù)；

第四、在日本的實(shí)驗(yàn)室研究中，眾多研究者一致認(rèn)為手機(jī)裝配業(yè)使用氮?dú)馐潜仨毜摹?

第五、另有一些文獻(xiàn)報(bào)道，使用氮?dú)饪梢越档秃附拥姆逯禍囟�，�?dāng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)復(fù)雜的產(chǎn)品、溫度范圍大的板卡時(shí)，都建議使用氮?dú)狻?

根據(jù)以上幾點(diǎn)的論述，電子制造廠商在使用氮?dú)獗Ｗo(hù)的問(wèn)題上，還是要根據(jù)自身產(chǎn)品的實(shí)際狀況來(lái)定，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的論證后再作決定，如有相關(guān)問(wèn)題，也可請(qǐng)氣體制造商提供幫助。

5、無(wú)鉛焊料焊接后的產(chǎn)品，應(yīng)該再附加連接點(diǎn)的抗熱疲勞及壽命檢測(cè)，以用多種參數(shù)支持、評(píng)價(jià)焊料可靠性。

6、廢料回收：從環(huán)保角度考慮的波峰焊氧化錫渣、廢錫漿、廢PCB等應(yīng)該回收并且在價(jià)值上也應(yīng)值得回收再生。

七、建議電子行業(yè)無(wú)鉛化的導(dǎo)入制程

根據(jù)企業(yè)實(shí)際狀況，首先應(yīng)抽調(diào)工程、品管、生技等部門(mén)相關(guān)人員，成立無(wú)鉛化推行論證工作小組，然后由該工作小組制定出適合本企業(yè)的無(wú)鉛焊料導(dǎo)入計(jì)劃，以及完成該計(jì)劃中每一個(gè)小節(jié)的具體時(shí)間，并發(fā)放各相關(guān)職能部門(mén)，要求企業(yè)內(nèi)各部門(mén)按計(jì)劃分配工作，并予以執(zhí)行。

相關(guān)推廣工作及導(dǎo)入計(jì)劃內(nèi)容有以下幾點(diǎn)可供參考：

1、對(duì)相關(guān)無(wú)鉛焊料的各種資料進(jìn)行書(shū)面論證：

①、無(wú)鉛焊料之起源：

②、無(wú)鉛焊料之推動(dòng)力：

③、無(wú)鉛焊料之市場(chǎng)導(dǎo)向：

    （①至③可參考本文第一點(diǎn)相關(guān)論述）

④、無(wú)鉛焊料之性能：

⑤、無(wú)鉛焊料成份之選用：

⑥、無(wú)鉛焊料品質(zhì)之評(píng)估：

⑦、無(wú)鉛焊料成本之評(píng)估：

⑧、與無(wú)鉛焊料相匹配之助焊劑性能：

（④至⑧可參考本文第五、六點(diǎn)相關(guān)論述；以上①至⑧也要求焊料供貨商協(xié)助提供相關(guān)支持；）

2、協(xié)調(diào)、選擇無(wú)鉛焊料供貨商對(duì)具體無(wú)鉛焊料產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估；

（可要求無(wú)鉛焊料生產(chǎn)廠商提供其產(chǎn)品配比或所含金屬元素成分、焊料性能、適用的溫度區(qū)線(xiàn)、對(duì)焊接設(shè)備的要求等方面相關(guān)資料）

3、協(xié)調(diào)各電子元器件生產(chǎn)商對(duì)電子元器件在無(wú)鉛化進(jìn)程中的適用性，及其性能論證；

（此點(diǎn)應(yīng)包括元器件管腳鍍層之無(wú)鉛成份及元器件所能承受熱沖擊能力進(jìn)行評(píng)估）

4、對(duì)線(xiàn)路板生產(chǎn)商進(jìn)行線(xiàn)路板無(wú)鉛化評(píng)估；

（此點(diǎn)包括線(xiàn)路板自身的無(wú)鉛化評(píng)估，及線(xiàn)路板所能承受之熱沖擊能力評(píng)估）

5、對(duì)企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行評(píng)估；

（可參照本文第六點(diǎn)相關(guān)論述，或請(qǐng)求設(shè)備供貨商予以支持）

6、對(duì)引入無(wú)鉛焊料后生產(chǎn)工藝之調(diào)整，以及生產(chǎn)工藝調(diào)整后對(duì)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等各方面所帶來(lái)的影響進(jìn)行評(píng)估；

（相關(guān)參數(shù)之調(diào)整可參照本文第五點(diǎn)及第六點(diǎn)相關(guān)論述）

7、對(duì)無(wú)鉛化導(dǎo)入計(jì)劃中所涉及到各部門(mén)，要求他們作出相應(yīng)工作計(jì)劃書(shū)；

8、在確定以上程序基本完成，并有理論、技術(shù)支持后，可在工程或技術(shù)部門(mén)內(nèi)部做無(wú)鉛焊料的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)；

9、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，對(duì)不足或存在明顯缺陷部分進(jìn)行改進(jìn)，或協(xié)調(diào)相關(guān)供貨商尋求技術(shù)支持；

10、將無(wú)鉛焊料安排到生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行試用、或?qū)Σ糠之a(chǎn)品進(jìn)行無(wú)鉛化實(shí)驗(yàn)；

11、在所有評(píng)估、實(shí)驗(yàn)完成以后，進(jìn)行最終的無(wú)鉛化導(dǎo)入程序進(jìn)行總結(jié)；并編制無(wú)鉛焊料使用工藝及各相關(guān)工位工作指導(dǎo)書(shū)。