无铅制程的实施方案

电子产品组装中无铅制程的实施方案

主要内容：

1 电子产品转入无铅制程的时代迫切性

2 无铅化电子组装的概念

3 无铅焊料的定义

4 无铅焊料及其供应元器件的选择

5 无铅制程的特点与难点

6 各种焊接工艺无铅制程的指导性原则

7 无铅制程的导入方案

8 亿铖达的专业精神如何帮助您顺利导入无铅制程

一、电子产品转入无铅制程的时代迫切性

1991年美国参议院提出Reid法案，要求将电子工业用焊料中铅含量控制在0.1%以下，虽然该法案当时遭到了美国工业界的强烈反对而中途夭折，但却引发了世界范围内对无铅化电子组装技术的研发热潮。同时许多国家和地区的政府也开始关注电子产品生产过程中的环保问题，无铅化电子组装也慢慢演变成一个行业政策的问题。

2003年是无铅化电子组装发展进程中的一个里程碑。该年2月13日，欧盟正式公布了WEEE和RoHS指令，明确规定自2006年7月1日起，所有进入欧洲市场的电力电子产品必须不含有6种有毒有害物质，其中铅排在第一位。作为第一个强制要求无铅化的政府官方文件，这两个指令的正式出台对世界范围内的电子工业产生了巨大影响。

仅以中国为例，中国现在每年向欧盟出口电子产品可创汇约2000亿美元，如果不能突破无铅化电子组装这一绿色技术壁垒，其损失是显而易见的。因此，中国信息产业部在欧盟指令出台后不久，即2003年3月，已经开始拟定《电子信息产品污染防治管理办法》，其核心内容是自2006年7月1日起，投放于中国市场的国家重点监管目录内的电力电子产品也必须不含有6种有毒有害物质，同样铅也是排在第一位。据我们了解，这一《管理办法》最晚于2005年正式出台。

另一方面，绝大多数国际知名的电子公司都已经把自己的产品完全实现无铅化的日程表锁定在2005年。当然，他们也必然会要求其OEM厂家及相关供应商要保持同步。

由上述阐述可见，电子产品转入无铅制程的迫切性是这个时代的要求，只有下大力气尽快尽可能好地完成这一转变，才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地。

二、无铅化电子组装的概念

谈起电子组装，人们首先的印象是手工烙铁焊、浸焊、波峰焊、回流焊等组装工艺。因此，无铅化电子组装的第一个概念是，如果在这些组装工艺中采用的是无铅焊料产品（包括无铅锡丝、无铅锡条、无铅锡膏），那么所实施的就是无铅化电子组装。

接下来我们需要更广泛的思考。电子组装主要是指采用某种连接材料（主要是焊料产品）将各种电子元器件的外引线或金属端子与印刷电路板上的焊盘连接在一起。因此，我们就不能只考虑连接材料，还需要考虑电子元器件和印刷电路板。通常，电子元器件的外引线或金属端子表面带有金属镀层以提高其可焊性，而这种金属镀层通常为Sn-Pb合金。另一方面，为防止印刷电路板表面敷铜线的氧化，其表面通常也要涂敷一层金属，而这种金属也一般采用Sn-Pb合金。因此，广义的无铅化电子组装，就必须也同时采用无铅化的电子元器件和印刷电路板。

再进一步讲，由于无铅焊料的物理性能与有铅焊料相比有很大不同，在助焊剂、焊接工艺参数、焊接设备等方面也必须做出相应调整。只有这样，才能完成一个严格意义上的无铅化电子组装。

三、无铅焊料的定义

在讨论无铅制程之前，我们必须要明确的一个概念是：什么是无铅焊料？

首先可以明确的是，在传统的Sn-Pb焊料中，Sn和Pb均作为基体合金元素存在。而在无铅焊料中，Sn作为基体合金元素，通过添加Cu、Ag等合金元素来达到我们所期望的性能。问题是怎样来界定无铅？

众所周知，世界上没有100%的纯金属。在无铅焊料中，铅作为一种杂质元素而存在是不可避免的。那么“无铅焊料的定义”这个问题就转化为“无铅焊料中铅含量的上限值应该是多少”。另一方面，欧盟指令中列出的六大有毒有害物质也包含了镉这种金属元素，因此环保型焊料的准确名称应该为“无铅无镉焊料”，同样引伸出来的问题是“环保型焊料中镉含量的上限值应该是多少”。

幸运的是，上述问题其实早就已经有了答案。由于早在几十年前，作为一种高熔点的焊料，不含铅的焊料其实就在某些应用领域获得了广泛应用，只是那个时候还没有“无铅焊料”这个概念而已。而相应的国际标准中也已经明确规定出了不含铅焊料中各种杂质金属元素含量的上限值，具体请参见表1和表2。

上述国际标准中主要规定了具备二元合金主成分的无铅焊料中各种杂质元素含量的上限值。随着无铅焊料概念的出现和无铅电子组装技术的实际广泛应用，还有一些三元甚至更多

元的无铅焊料在生产实际中得到应用，如Sn-Ag-Cu等。目前，针对这些多元合金的无铅焊料的国际标准还没有出台，但是在国际工业界中大家普遍认可的指标与表1和2中所列相同。例如，日本SONY公司的《部品、材料方面环境管理物资的管理规定SS-00259》中也明确规定环保型焊料中铅含量要小于1000ppm，镉含量要小于20ppm。据我们了解，即将出台的中国《无铅焊料》国家标准中也将采用上述界限值。

四、无铅焊料及其供应商的选择

4.1 无铅焊料选择的决定性因素---- 焊料的熔点

电子产品的焊接工艺是与所使用的焊料的熔点息息相关的。传统的Sn-Pb焊料中应用最为广泛的是Sn63-Pb37或Sn60-Pb40焊料，他们的熔点为183-185 o C。因此，人们期望用来替代有铅焊料的无铅焊料的熔点尽可能地接近这一温度。

不幸的是，人们在选择无铅焊料的时候发现这一期望很难被实现。如表3所示，所有可能作为无铅焊料使用的合金组合中熔点最接近于Sn63-Pb37的只有Sn-9Zn合金，它的熔点为198 o C。但是Zn是一种氧化性和腐蚀性很强的金属元素，在电子产品焊接工艺中是一直被避免使用的。而熔点较低的Sn-Bi、Sn-In等合金只适合于特殊要求的低温焊接。因此，在无铅焊料的选择方面，事实上我们的选择余地很小，只有Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu这三个系列可供选择。而且，这三个系列的合金其熔点均高于传统的Sn63-Pb37焊料40 o C左右，这一物理特征也决定了在无铅制程中必须调整工艺参数来配合这些高熔点的无铅焊料。

4.2 不同焊接工艺条件下无铅焊料的选择

首先我们介绍一下美国、日本、欧洲等国家和地区的大致情况，然后我们根据自己多年来的经验为您分析如何选择不同焊接工艺条件下的无铅焊料。

2000年，美国NEMI正式向北美工业界推荐无铅焊料，即Sn-0.7Cu用于波峰焊，