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一、铅的危害及实施无铅化的必要性与可行性
在焊料的发展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视。
美国环境保护署(EPA)将铅及其化合物定性为17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之 一，铅通过渗入地下水系统而进入动物或人类的食物链；在日常工作中，人体可通过皮肤吸收、呼吸、进食等吸收铅或其化合物，当这些物质在人体内达到一定量时，会影响体内蛋白质的正常合成，破坏中枢神经，造成神经和再生系统紊乱、呆滞、贫血、智力下降、高血压甚至不孕等症状；铅中毒属重金属中毒，在人体内它 还有不可排泄、并且会逐渐积累的问题。美国职业安全与健康管理署(OSHA)标准：成人血液中铅含量应低于50mg/dl，儿童血液中铅含量应低于 30mg/dl。
绿色环保产品是新世纪的主流，但是无铅化是否可行呢？这个问题要从技术、成本以及无铅焊料与目 前软钎焊设备的兼容性等多个角度去解答。首先从技术上来讲，无铅化已得到了多个国家的重视，好多国家设有无铅焊料研发的专门机构，这些研发机构以及焊料生 产厂商，都已经研发出多种无铅焊料，且有相当一部分被实验证明是可以替代锡铅焊料的产品，从成本 角度考虑，目前所开发出的无铅焊料成本一般的在锡铅合金价格的2~3倍左右，据粗略统计，所用焊料的费用不超过产品总成本的0.1%左右，所以不会对产品 的总体成本造成太大的影响；就设备而言，目前也有适应无铅焊料的波峰焊及再流焊设备出厂，但是，众多无铅焊料研发机构及生产商仍在不断努力改进无铅焊料本 身的质量参数，以适应客户目前的现有设备。
二、无铅焊料发展进程
欧盟议会和欧盟理事会2003年1月23日发布了第2002/95/EC号《关于在电气电子设 备中限制使用某些有害物质的指令》，在这个指令中，欧盟明确规定了六种有害物质为：“汞、镉、六价铬、铅、聚溴联苯、聚溴二苯醚”；并强制要求自2006年7月1日起，在欧洲市场上销售的电子产品必须为无铅的电子产品；（个别类型电子产品暂时除 外）
2003年3月，中国信息产业部拟定《电子信息产品生产污染防治管理办法》，提议自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有Pb。
三、焊接行业对无铅焊料的要求
无铅焊料首先要能够真正满足环保要求，不能把铅去除了，又添加了新的有毒或有害的物质；要确保无铅焊料的可焊性及焊后的可靠性，并要考虑到客户所承受的成本等众多问题。概括起来讲，无铅焊料应尽量满足以下这些要求：
1、无铅焊料的熔点要低，尽可能地接近63/37锡铅合金的共晶温度183°，如果新产品的 共晶温度只高出183°C几度应该不是很大问题，但目前尚没有能够真正推广的，并符合焊接要求的此类无铅焊料；另外，在开发出有较低共晶温度的无铅焊料以 前，应尽量把无铅焊料的熔融间隔温差降下来，即尽量减小其固相线与液相线之间的温度区间，固相线温度最小为150°C，液相线温度视具体应用而定(波峰焊 用锡条：265°C以下；锡丝：375°C以下；SMT用焊锡膏：250°C以下，通常要求回流焊温度应该低于225~230°C)。
2、无铅焊料要有良好的润湿性；一般情况下，再流焊时焊料在液相线以上停留的时间为30~90秒，波峰焊时被焊接管脚及线路板基板面与锡液波峰接触的时间为4秒左右，使用无铅焊料以后，要保证在以上时间范围内焊料能表现出良好的润湿性能，以保证优质的焊接效果；
3、焊接后的导电及导热率都要与63/37锡铅合金焊料相接近；
4、焊点的抗拉强度、韧性、延展性及抗蠕变性能都要与锡铅合金的性能相差不多；
5、成本尽可能的降低；目前，能控制在锡铅合金的1.5~2倍，是比较理想的价位；
6、所开发的无铅焊料在使用过程中，与线路板的铜基、或线路板所镀的无铅焊料、以及元器件管脚或其表面的无铅焊料及其它金属镀层间，有良好的钎合性能；
7、新开发的无铅焊料尽量与各类助焊剂相匹配，并且兼容性要尽可能的强；既能够在活性松香树脂型助焊剂（RA）的支持下工作，也能够适用温和型、弱活性松香焊剂（RMA）或不含松香树脂的免清洗助焊剂才是以后的发展趋势；
8、焊接后对焊点的检验、返修要容易；
9、所选用原材料能够满足长期的充分供应；
10、与目前所用的设备工艺相兼容，在不更换设备的状况下可以工作。
四、目前所开发的无铅焊料种类及其品质、成本之评估
1、无铅焊料研发现状：
美国国家生产科学研究所(NCMS)通过筛选得到了7种无铅焊料并在此基础上，进行了实用性和可靠性二次评审，最后推荐了三种合金供选择。（见表一）
表一：美国用于表面安装推荐的三种无铅焊料合金
| 合金种类 | 熔融温度 | 适用范围 | | Sn-58Bi | 139°C | 家用电器、携带式电话 | | Sn-3.4Ag-4.8Bi | 205~210°C | 家用电器、携带式电话、宇宙航空、汽车 | | Sn-3.5Ag-0.5Cu-1In | 221°C | 家用电器、携带式电话、宇宙航空、汽车 |
在日本，日本电子工业振兴协会（JEITA）组织评定了无铅焊料。
| 合 金 | 再流焊（R）/ 波峰焊（F） | | Sn-Ag Sn-3.5Ag-0.75Cu | R& F | | Sn-Ag-Cu Sn-3Ag-0.7Cu | F | | Sn-Ag-Bi | R | | Sn-2Ag-3Bi-0.75Cu | R | | Sn-2Ag-4Bi-0.5Cu-0.1Ge | R | | Sn-3.5Ag-5Bi-0.7Cu | R | | Sn-3.5Ag-6Bi | R | | Sn-Bi Sn-1Ag-57Bi | R |
2、无铅焊料的种类及特性
从各国相关组织推荐的各种无铅焊料及各大公司试用的状况总结，目前过渡期无铅焊料可分为下述4类，见下：
（中温合金）
Sn-Ag/Sn-3.5Ag共晶比/共晶点221℃， 中高温系,延展性/润温性比Sn-Pb差，较强的一致性和可重复制造性,一直保持很好的可靠性;用于回流焊/波峰焊/手工焊焊接;
Sn-Cu Sn-0.7Cu共晶比/共晶点227℃，抗拉强度延展性比Sn-Pb差 成本低/可应用于波峰焊/手工焊，并已在电子业界应用多年,
（低温合金）
Sn-Bi/Sn-58Bi 共晶比/共晶点138℃， 资源有限,熔点太低, 机械强度较差,易虚焊 熔点低,抗热疲劳性好
Sn-Zn/Sn-9Zn 199℃， 易氧化/易腐蚀/润湿性很差 机械性能较好,较接近Sn-37Pb，腐蚀影响。
3、无铅焊料的成本评估：
| 合金成份（%） | 成本比较倍数 | | Sn-37Pb（标准焊料） | 1.00 | | Sn-0.7Cu | 1.49 | | Sn-3.5Ag | 3.20 | | Sn-3.5Ag-0.7Cu | 3.19 | | Sn-3.0Ag-0.5Cu | 2.87 | | Sn-0.7Cu-0.07 Ni | 2.0 |
五、无铅焊料的推广应用过程中所需解决或应注意的相关问题
1、无铅锡丝的使用：
①、注意烙铁功率的选择，无铅焊料的熔点比锡铅合金高出许多，在不影响元器件所受热冲击的情况下，可适当把烙铁功率加大，以加快熔锡与上锡的速度；焊接温度不能低于375°C或用60W烙铁。
②、在焊后焊点的感观上，不能按以往锡铅合金的标准评判，通常的无铅焊料焊点不如锡铅合金焊点平滑、光亮，但只要能保证焊点的完全焊接及其检测时的可靠性，应属可接受范围。
[ 本帖最后由 wbxms 于 2010-9-22 20:52 编辑 ] |
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发表于 2010-9-22 08:53:24
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