中盛科技技術部 Simon Zhang（張蒙）著

    鉛（Pb），是一種有毒的金屬，對人體有害。并且對自然環境有很大的破壞性，出于環境保護的要求，特別是ISO14000的導入，世界大多數國家開始禁止在焊接材料中使用含鉛的成分，即無鉛焊接（Leadfree）。
日本在2004年禁止生產或銷售使用有鉛材料焊接的電子生產設備。歐美在2006年禁止生產或銷售使用有鉛材料焊接的電子生產設備。采用無鉛焊接已是大勢所趨，國內一些大型電子加工企業，更會加速推進中國無鉛焊接的發展。

     摩托羅拉先進技術中心主任Iwona Turnik博士在IPC主辦的Works99會議發表的市場調查報告中表明：
1. 20%的消費者在購買時會主動考慮環境問題。
2. 45%的消費者購買動機是因為產品對環境安全。
3. 50%的消費者更換品牌是因為發現它對環境有害。
4. 76%的消費者將在價格和質量相當的情況下首先選擇環保產品。

     例如，日本所有的大型消費類電子產品公司都在大量生產無鉛電子產品，推銷時使用“綠色產品”作為競爭賣點，特別是消費類電子市場。松下1998年推出了無鉛微型CD播放機，包裝上用了一片綠色的樹葉，作為環保安全標志，市場份額增長顯著：從4.7%增長到15%。
汽車行業將是“無鉛”趨勢的主要動力。汽車“無鉛”化不僅對環保有益，而且無鉛焊接也改善了焊點的耐溫特性。大部分汽車電子部件都被安裝在發動機室，因此要承受更高的工作溫度（高達攝氏150度）和更劇烈的溫度變化。競爭的壓力以及擔心被排擠出國際大市場的雙重考慮，使全球大部分主要電子生產廠家開始為無鉛產品做準備。

     信息產業部經濟運行司高振杰處長介紹，醞釀兩年之久的《電子信息產品污染防治管理辦法》有望在年內出臺。

　　 管理辦法（初稿）規定電子信息產品的設計應當考慮其對環境和人類健康的影響，應選擇無毒、無害、易于降解和便于回收利用的方案。生產者應當采取措施逐步減少并淘汰電子信息產品中鉛、汞、鎘、六價鉻、聚合溴化聯苯（PBB）、聚合溴化聯苯乙醚（PBDE）及其它有毒有害物質的含量。歐盟公布的《關于在電子電氣產品設備中禁止使用某些有害物質指令》，規定自2006年7月1日起開始在歐盟市場禁止銷售含有鉛、汞、鎘等6種有害物質電子電氣設備。

　　 作為應對該指令的措施，我國出臺這項管理辦法，其禁鉛時間表有可能與歐盟同步，也就是說我國將在2006年7月1日起投放市場的國家重點監管目錄內的電子信息產品不能含有上述6種有害物質。

　　 業內人士表示，該管理辦法出臺將意味著電子信息產業面臨著一場技術革命，電子產品無鉛化包括無鉛焊料、新型助焊劑、電子組裝無鉛化設備、新的工藝參數等一系列問題，需要企業與研究機構高度重視與及早應對，否則在今后的國內外市場競爭中國內企業將陷入被動局面。

     為了適應這一系列焊接工藝的變革、適應市場的客觀需求，無鉛焊接的工藝要求也成為了很多企業的工作主題。

     無鉛焊由無鉛焊料、無鉛焊接工具、無鉛焊接環境三部分組成，而這三部分中的每一項對于無鉛焊接的成功與否都是至關重要的。

     一． 無鉛焊料：

     與傳統的含鉛焊料相比，無鉛焊料的原理就是由一些合金混合物來替代原有的鉛，其特點就是這種合金的熔融溫度要略高于含鉛焊料。

     以Sn/Ag合金為例，其熔融溫度為221攝氏度，高于含鉛焊料的熔融溫度183攝氏度，而另一些無鉛焊料Sn/Ag/Cu熔點為218攝氏度、Sn/Ag/Cu/Sb熔點為217攝氏度。

     二． 無鉛焊接工具：

     無鉛焊接工具與以往含鉛焊接相比，生產設備方面不會有太多的改變，而對于返修工藝來說，將面臨更大的挑戰。

     如前段無鉛焊料中，已提及無鉛焊料的原理就是由一些合金混合物來替代原有的鉛，而這些合金材料的成分中Cu的使用最多。Cu是易氧化物，其氧化物CuO2與Cu相比硬度降低，就如同氧化鐵（鐵銹）。一旦無鉛焊料中的Cu在焊接過程中焊接時間過長，就容易造成被氧化，最終會成為產品質量的缺陷。

     由此可以得出結論，焊接過程越短，焊接質量就越為可靠！

     在目前市場上有多款面向于無鉛焊接領域的烙鐵，對此做出了一個實驗（如下圖）

     以下是2個試驗條件和結果：

     1． 4種烙鐵頭的溫度都設在329Co，每個烙鐵頭連續完成10個焊點，每個焊點的溫度達到同樣的溫度232Co時，完成下一個焊點。

當10個焊點都完成后，記錄每種烙鐵所用的全部時間如下：

METCAL——150秒 PACE——204秒

WELLER——245秒 HAKKO——316秒

該試驗表明，METCAL烙鐵所用時間最短，說明其功率輸出效率高，比HAKKO的速度快一倍以上。

     2．如果使這4種烙鐵都保持同樣的焊接速度，即使每一個烙鐵所用時間都保持在150秒，其它烙鐵就必須升高烙鐵頭的溫度，而METCAL烙鐵仍維持329Co的溫度不變：

METCAL——150 秒——329 Co PACE——150 秒——349 Co

WELLER——150 秒——380 Co HAKKO——150 秒——409 Co

     我們可以得出結論，Metcal SP200的升溫速度比其它至少快25%，而比Hakko926ESD則要快一倍以上。

     無鉛焊接雖然對焊接工具提出了更高的要求，但經實驗我們發現部分無鉛烙鐵已經能滿足現有無鉛焊料的要求，使用Metcal烙鐵更能有效的防止焊接過程中氧化現象的產生，確保了無鉛焊接的可靠性。

     三． 無鉛焊接環境：

     無鉛焊接環境是指在無鉛焊接過程中，對無鉛焊接成功與否造成決定性因素的一些周圍環境。較為典型的例子，就是在無鉛回流焊、無鉛波峰焊、無鉛芯片級返修過程中是否有氮氣保護。

     在前段無鉛焊接工具一節中提到的金屬物的氧化現象的產生，正是由于在焊接過程中有氧氣的存在，而氮氣保護正能避免該現象的發生，從而保證無鉛焊料在焊接過程中，焊接質量的可靠性。

     目前無鉛回流焊、無鉛波峰焊的技術已經相對成熟，品牌之間的競爭已經從技術上轉向為價格與服務方面，究其原因，就是眾多無鉛回流焊、無鉛波峰焊的生產企業對氮氣保護技術上的一致性認可。

     而在無鉛芯片級返修中，由于BGA芯片在近期被逐漸普及開來，由于其封裝特點的特殊性，故在BGA返修技術上一直區分為兩種：熱風式和紅外式。

     熱風式BGA返修工作站特點是質量可靠、焊接過程可控，紅外式BGA返修工作站特點是速度快。

     而在熱風式BGA返修工作站中，有些產品正是提供了氮氣保護這一功能，符合無鉛焊接環境的基礎要求。而紅外式BGA返修工作站由于無鉛焊時沒有氮氣保護，加速了芯片氧化。

     INTEL公司在研發新一代計算機CPU過程中，也采用了無鉛焊接工藝，并提倡了熱風式返修系統。由美國OK國際集團提供熱風式返修設備與INTEL公司共同研發新一代計算機CPU。（如圖）

     當今世界越來越關注鉛帶來的環境和健康危害。盡管電子行業鉛的用量只占世界總鉛量中極其微小的一部分，但我們所關注的是大部分的電子垃圾最后都是掩埋在地下，污染地球和水資源。

     今天已有許多公司，特別是日本的一些消費類電子產品制造商，正在大量生產無鉛產品，并且成效卓著。另外，國際上不同的實驗室和生產線，已經進行了大量關于產量，抗力強度和使用壽命的無鉛實驗。也許這些測試會出乎意料地證明：在正確的工藝操作下，無鉛焊點比普通的含鉛焊點更牢固，有更長期的可靠性。