【摘要】電子產(chǎn)品生產(chǎn)中傳統(tǒng)的焊接材料為錫鉛合金，鉛屬于有毒重金屬，對人體健康有害，我國在2003年做出了無鉛化生產(chǎn)的相關規(guī)定，本文就無鉛焊接技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢來闡述無鉛焊接的必然性和緊迫性。

【關鍵詞】無鉛焊接；助焊劑；焊接設備

1.引言

鉛是一種多親害性、對人體有毒的物質，主要損害人的神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)，鉛中毒也是引發(fā)白血病、腎病、心臟病、精神異常的重要因素之一。鉛毒不僅對水污染，而且對土壤、空氣均可產(chǎn)生污染，一旦環(huán)境產(chǎn)生嚴重鉛污染，其治理的難度很大、周期甚長、經(jīng)費支出巨大。電子制造業(yè)中大量使用的錫鉛合金焊料（Sn/Pb）是污染人類生存環(huán)境的重要根源之一。實現(xiàn)電子制造的全面無鉛化，以減少環(huán)境污染，提升綠色制造競爭能力，以適應國內(nèi)外市場對綠色電子產(chǎn)品的需求，是我國電子制造業(yè)以后勢在必行的舉措。

2.無鉛焊接技術的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，無鉛焊料的成分并沒有統(tǒng)一的標準，通常是以錫為主體，添加其他金屬，近幾年來有關無鉛焊料的研究工作發(fā)展很迅速。目前最常見的無鉛焊料，主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi為基體，在其中添加適量的其他金屬元素所組成的三元合金和多元合金?，F(xiàn)在市場上主要以錫/銀/銅合金為主，取代錫/鉛焊料的錫/銀/銅合金，3種存在不同的配比形式：日本傾向于96.5%錫/3.0%銀/0.5%銅，北美更傾向于95.5%錫/3.9%銀/0.6%銅，傾向于95.EU5%錫/3.8%銀/0.7%銅。IPC推薦的三種焊料合金是：96.5%錫/3.0%銀/0.5%銅，95.5%錫/3.8%銀/0.7%銅，95.5%錫/4.0%銀/0.5%銅。

3.無鉛焊接技術未來發(fā)展趨勢

無鉛焊技術主要應用在電子元件組裝領域，其存在的形態(tài)為焊條、焊絲、焊膏。其應用范圍主要在各種電子、電器產(chǎn)品，印制電路板（PCB）的組裝。影響無鉛焊接技術的應用的因素很多。要使無鉛焊接技術得到廣泛應用，還必須從電子組裝焊接這個系統(tǒng)工程的角度來解析和研究。

3.1 元器件目前開發(fā)已用于電子產(chǎn)品組裝的無鉛焊料，熔點一般要比有鉛焊料高，所以要求元器件耐高溫，而且無鉛化，即元器件內(nèi)部連接和引出端（線）也要采用無鉛焊料和無鉛鍍層。尤其塑封器件，耐熱力要達到280℃/5S，與錫/鉛元器件相同，使用前按要求對元器件進行預處理，減少焊接過程中缺陷的產(chǎn)生，同時要求元器件端電極材料均為無鉛。

3.2 在PCB板方面，無鉛焊接要求PCB的基礎材料耐更高溫度，焊接后不變形，表面鍍覆的無鉛共晶合金材料與組裝焊接用無鉛焊料兼容，而且要考慮低成本。為了適應更高的溫度，防止板的變形和銅箔的翹起，以滿足無鉛焊接的溫度特性的要求，制造商多在板的表面涂覆一層有機可焊性保護層OSP，該涂層厚0.2～0.5um，它在預熱區(qū)因較高溫度而失去活性，在活性區(qū)被助焊劑中的酸和溶劑溶解而變成助焊劑的一部分，在回流區(qū)揮發(fā)掉。

3.3 焊接工藝與設備焊接設備要適應新的焊接溫度的要求，例如需要加長預熱區(qū)或更換新的加熱元件。若采用波峰焊，錫爐內(nèi)壁、波峰馬達等始終與無鉛焊料接觸的部件，其抗溶蝕能力應比錫鉛焊爐中的部件要更高。波峰焊技術是將印制電路板組裝件以平面直線運動方式，與熔融的呈波峰狀隆起的焊料接觸鉛焊連接的方法。波峰焊是一種先進的生產(chǎn)工藝，具有焊接質量穩(wěn)定、生產(chǎn)一致性強、自動化程度高等。

3.4 助焊劑為滿足無鉛焊料焊接的要求，需要開發(fā)新型的氧化還原能力更強和潤濕性更好的助焊劑。新開發(fā)的助焊劑要與焊接預熱溫度和焊接溫度相匹配，而且要滿足環(huán)保的要求。迄今為止，實際測試證明，免清洗助焊劑用于無鉛焊料焊接效果更好。

3.5 無鉛焊接的質量管理。只要滿足無鉛焊料的溫度特性，采用與傳統(tǒng)錫鉛焊的相同的質量控制方法，那么，無鉛焊接的質量和Sn-Pb共晶并沒有太大的區(qū)別?；芈泛附拥牟涣悸室矝]有增加。以感應式充電器為例，其充電性能、溫度試驗、冷熱循環(huán)沖擊試驗、附著力測試、振動試驗、吸附試驗、潮態(tài)試驗等效果均十分理想。焊接缺陷統(tǒng)計顯示也沒有明顯差別。唯一要指出一點的手工修理時要注意對焊工進行培訓，因為焊接溫度翹起和損壞元件，同時，鐵烙頭更容易氧化，必須定期更換。

4.影響SMT無鉛焊技術的幾個因素

工藝溫度在無鉛回流焊接中，無鉛焊錫影響工藝溫度，因此影響到加熱溫度曲線。為了以較低的維護停機時間保持機器的清潔，需要一個適當?shù)闹竸┝鲃庸芾硐到y(tǒng)。冷卻系統(tǒng)無鉛焊接中推薦一個受控的冷卻系統(tǒng)，因為一旦爐子具有適當?shù)睦鋮s能力，液化以上的時間，晶粒結構和板子出來的溫度都可以界定自然需要更多的室溫風扇。而推薦使用的是一個高級的直接空氣、完全集成的、排熱系統(tǒng)。這個系統(tǒng)設計用于以較低的氮氣消耗提供良好的冷卻。

助焊劑的選擇由于較高的工藝溫度，無鉛焊接要求與含鉛焊錫不同的助焊劑。助焊劑類型決定哪一種預熱配置最適合干該工藝。選擇一種具有快速變換配置靈活性的波峰焊接機器。預熱模塊應該容易交換，以找到對每個個別工藝的最佳安排。焊腳和空洞在無鉛焊接中，會發(fā)生一些特別的缺陷，諸如焊腳開起。焊腳開起的主要原因是合金化合物、銅焊盤、板厚度與材料的溫度膨脹系數(shù)的不匹配。

5.結束語

我國已成為電子組裝業(yè)的大國，隨著全球經(jīng)濟一體化和我國進入WTO ，禁鉛令對我國電子工業(yè)形成強大沖擊，主要表現(xiàn)在印刷電路板、IC 封裝、電機、電子半導體、電訊、家電產(chǎn)業(yè)、光學儀器等諸多領域，若不盡快開發(fā)應用新型環(huán)保焊接材料，將直接影響電子產(chǎn)品出口和人居環(huán)境的改善。目前我們在無鉛焊膏的開發(fā)應用方面還相當落后，面臨日本和歐洲的含鉛焊錫禁用政策和國際環(huán)保政策，對無鉛焊膏的開發(fā)應用不僅勢在必行，還必須加大開發(fā)力度，盡快跨入無鉛技術領域，各相關產(chǎn)業(yè)在制作工藝上必須相互配合，共同促進其發(fā)展。

參考文獻

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[2]謝哲松，王壬.無鉛焊對我電子產(chǎn)業(yè)之沖擊[J].化工資訊，2000.

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作者簡介：何良松（1979—），男，安徽六安人，工程師，主要從事電子工程技術方面的研究。