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含铅焊料与铅合金涂覆工艺长期以来在电子产品制造技术中被广泛应用，尤其是Sa-Pb共晶焊料以其使用的方便性、稳定性的焊接性、价格的合理性、作为实用的低温合金，从古罗马时代开始直到当今高密度的电子组装，一直担任着最适宜性这个角色。但是由于大量电子产品废弃物及旧家用电器逐渐造成的铅污染，对人类生存的地球环境也形成很大的的危害，在最近举办的13届 NEPCON 微电子展展示的电子设备、电子材料来看，电子组装业已开始迈向一个适合绿色环境要求的新时期。无铅化电子组装工艺已成为新世纪电子制造业的开发、应用重点。
一、焊料无铅化工的背景
1989年美国国家环境保护厅(EPA)对全国各地的饮用水、地下水水源作了调查测定，结果发现有 819个地区的水质含铅量超过标准，有些地区的水含铅量已超标30倍(允许标准是15ppb)，说明长期以来，被人们废弃的大量旧家用电器、电子产品等对人类的生活环境已造成了一定的影响。1990年美国国会提出了“在所有电子机器的广范围内禁止使用铅的法案”，由此世界范围内开始了电子组装业替代焊料/无铅焊料的研发活动。并对替代焊料的各种物性、应用稳定性，可靠性等进行了系列研究。
1999年美国半导体制造装置材料工业会(NE- MITaskForce)成立了无铅化Pro-jeet组织，同时欧洲WEEE对电子机器的无铅化制订相应法规、为削减由电子机器中的有害物质的使用量，建立电子机器的回收方案，使电子机器的回收/循环率到 2006年必须达到90％以上。争取使欧洲成为首先实现无铅化的环境洲。
1997年日本对汽车用铅作了规定，以汽车制造业铅的使用量，与1996年相比，2000年必须在 l/2以下，2003年在1/3以下。1998开始实施家庭废弃物处理回收法规。2001年电视机、冰箱、洗衣机、字调器四大类产品作出RECYCLE化规定。日本的国家无铅化Projeet(NEDO)正在集中精力推行这项计划，争取至2002年完成无铅化的转换。
二、无铅化焊料的开发与应用
美国国立生产科学研究所(NCMS)从1990年开始对替代焊料的材料、工艺、设备等进行了系列开发研究，并对可能成为无铅焊料的79种合金进行筛选。另外针对电子产品、特别是IT产品的组装生产性和组装可靠性特征，初步设定三种焊料作为表面贴装推荐的无铅焊料(见下表一)。
表面贴装推荐的无铅化焊料 上表中，作为无铅焊料的应用选择基准，由于地球上Bi的资源有限，一般不要求使用Sn-57Bi合金，虽然试验中Sn-57Bi合金在电脑主机板上的可靠性实绩可达20年以上，但只推荐在一些特殊的用途领域中使用。
欧洲的无铅化推广组织(IDEALS)，从1996年开始制订开发计划。主要成员有英国GEC、Mai- eoni、Multieore Solders、Philips、Witmetaal Siemens、 National Eleetronies Re-searehCentre等公司组成。开发目标主要是建立无铅焊接的实用化工艺窗口，同时开发相适应的无铅焊接助焊剂：IDEALS无铅化研究应用的结论有下面几项。
·无铅焊接可以在技术、工业的方面进入实用化。
·Sn-Ag-Cu焊料有广泛的利用范围。
·无铅波峰焊接工艺同原来的焊接形式变化不大。
·需开发相适应的无VOC型助焊剂。
·应建立无铅化回流焊接工艺窗口。
·可以设定完整的无铅焊接可靠性体系。
日本从九十年代初开始进行无铅化研究，参加的研究院所和公司企业有50多家。
第一期 WG 目标是评价测定Sn-7．5Bi-2Ag- 0．5Cu合金，第二期目标是Sn-22Bi-2Ag合金。在 2000年的报告书中评价了NEC公司利用Sn-8Zn- 3Bi合金量产笔记本电脑，说明日本在无铅化应用中已积累了一定的经验。其中无铅化计划见下表.表二 日本的无铅化计划(JEITA) 。
从1998年开始日本的JEITA与JWES二个工作 组分别承担着无铅焊料组装可靠性及其应用数据，无铅焊料性能评价与材料数据库的设立工作，在经过大量的应用数据筛选和测定，JEITA已公布了无铅化应用标准，这对推动世界范围内的无铅化组装可以作为参考，无铅焊料的应用标准可见下表三。表三 无铅焊料的应用标准(JEITA) 目前已经进入无铅化应用实践的产品有以下的举例：
·Panasonic：利用Sn-Ag-Bi系焊料已经完成了对MD类产品的量产化。
·SONY：使用Sn-2．5Ag-1Bi-0．5Cu对数码摄录机进行量产。
·NEC：利用Sn-8Zn-3Bi焊料进行笔记本电脑的量产。
·FUJITSU：在“全球通信程序服务器GS8900”产品上用的MCM组件，完成了无铅化。
·HONDA技术研究所：在汽车自动控制装置 (车载电子装置)上完成了无铅化。
·JVC：在摄录一体机、专业照相机产品上进行了无铅化量产。
·OMRON：在光电传感器、继电器等产品上推广了无铅化工艺。
·NOKIA：部分手机品种进行了无铅化生产。
·PHILIPS：在电话机等产品上完成了无铅化量产。
·TDK：2001年开始供应无铅镀层的贴装元件。
·松下电子部品：开始供应多品种的无铅化表面贴装元件。
在推广无铅组装工艺的过程中，会碰到一些特有的征状，例如：焊接温度的偏差值规定，与含Pb元器件组装时铅对无铅焊的影响、焊接润湿性问题，焊接自动校准效果等。正因为这些因素，针对不同产品的组装焊接要求，在本次电子会展上，品牌电子设备厂商纷纷推了适应无铅化组装的专用设备，如TAMURA公司具焊接温度偏差△T保障的新型回流焊炉，可满足产品高可靠性要求的VitronicsSoltec公司的选择性波峰焊炉，可以作出精细温度曲线的Senshoe焊接装置，BTU专用无铅焊装置等。此外日东电子设备、熊猫精机、劲拓电子设备、和科达电子、科隆电子、泰克电子、科诺电子、格林电子、国邦电子等国内电子设备商业纷纷推出性能优良的无铅焊接装备，为我国电子工业的无铅化进程作出了良好的开端。
三、无铅化技术的发展趋势、 在目前的应用情况下，无铅化组装还留有一些技术课题，在使用特性、可焊性方面有以下几项：润湿性不如原来的Sn-Ph焊料。
·焊接作业性比原来的差。
·对波峰焊接会发生的Lift-off还没有完好的对策。
·焊点的耐腐蚀性问题。
·量产化的品质管理、工艺问题。
·接合后的长期可靠性等。
综上所述，建立针对无铅化组装的简便式检测方法是极待完善的任务，譬如无铅化组装焊点的外观检查，必须要建立外观检查的有关标准，如果只是某些企业制订企业标准易造成推进力的分散，对于整个行业来说，应该早日完成行业或国家标准。无铅化组装的可靠性事宜，一般来说无铅焊料难以发生蠕变，焊料本身同样具良好的可靠性，组装时的不利因素主要来自组装元件和基板焊区的组装应力，这个方面的可行性认定，可以由企业自行展开，也可以通过专业学会，或企业间共同努力来推进这方面的发展。
在推行无铅化组装的过程中，要看到向无铅化转移时的时间偏差，如生产周期短的产品，完成无铅化工艺可能会简单一些，周期长或多品种少批量的企业向无铅化转移的时间就会长一些。还有一个现象是，对于无铅化应用中的判断、评价，因为目前的应用标准还没有，要是不能及时完善，对产品向无铅化转移会变得不吻合。
无铅化的推广应用会带来应用成本的提升，可能会对一些企业的生产性、原定的经济指标等产生相应麻烦。或者是因成本问题影响元件的稳定供给，例整机厂会选择是让元件商继续供货还是放弃供货等。但是作为一项全球化的应用趋势，按照市场经济的基本原理，企业之间的竞争，成本只是一个因素，主要是围绕技术来开展价格上的优势竞争。假如说某企业采用了无铅化技术而价格上又不是涨得太多，想必应该得到消费者的认可。作为整机厂商，对于无铅化的成本上升的问题，应从综合的观点来考虑，最好是在保持产品性价比的基础上，怎样来消化吸收因无铅化技术引起的成本上升，这才是适应市场竞争的理性观点，也是整机厂、元件厂有待深入探讨的问题。
为了人类居住的地球村环境，电子产品推行无铅化已是一个不可扭转的趋势，日、欧、美等国的产业研究所、专业学会曾专门就此事向广大市民、中小企业，跨国制造商作了无铅化调查，所得到的 调查结果(意见)可归纳为下面几项。
(1)大企业应该向中小企业提供/公示无铅化技术信息。跨国公司类的著名企业，因经济实力雄厚，可能会先行一步进入无铅化领域，但对于众多的中小企业，仅依靠自己的技术或力量，要一下子进入实用无铅化领域，还会存在一些困难，希望已经进入无铅化技术的大企业能提供无铅应用技术信息，为全行业的无铅化作相应贡献。
(2)对无铅焊料统一命名、制订相应标准当前不管是已完成无铅化的元件厂商，还是焊料生产厂商，所设定的应用工艺、应用焊料名称是不统一的，这对于推广中会出现因供应厂商的不同，所提供的使用说明、技术确认方式也不同的局面，由此只会给无铅化的推进造成障碍，要彻底解决这个问题，在不同厂商之间期待于①焊料组成；②组装工艺条件；③无铅焊接使用时间的规定等方面的统一是必要的。
(3)国际标准化关于无铅化国际标准的建立，众多厂商提出“建立向世界各国发布无铅化技术信息制度”、“在国际标准方案的制订上要采取主动权”、“向其他国家发布信息或技术转移的前提是应该设立无铅化公用方案”、“尽快设定世界性的推广应用方针，订出无铅化SCHEDULE” 这些意见对我们来说应该积极参考。
(4)知识产权与国际协调电子组装无铅化的专利，调查中跨国类公司发表了很多意见、代表性的有二点，一是要尽快建立无铅焊料的专利信息数据库，二是应设法使已有的美国专利经专业网站给予公布，以减少重复的申请。
现在生产组织性跨国的大公司，基本是“世界性工厂”，这类公司生产新技术的应用，生产规模制定等，必须在不同国家子公司的协调下才能完成；同样推广无铅化计划必须要进行国际间的协调，同步展开才能取得相应效果。
关于无铅化的技术标准，从目前还在使用的铅锡焊料来说，在共晶焊料以外已有多种焊料标准，对应的用途也很宽广。铅锡焊料的特征反应在不同产品上的使用方便性，所以不一定要强制设立标准。对于无铅化推广来说，应用标准不一定是单一品种组成的统一，主要是指所限定焊料合金系的应用范畴与分类。例如日本NEDO的执行方案中已对无铅焊料的标准分类有了提案(参考前面表三)。
与无铅化标准发生牵连的另一个方面是元器件连接电极镀层(金属)是否同无铅焊料取得统一.对这个问题首先要搞清楚在组装基板焊区、元件电极与使用的无铅焊料间有没有等同性的必要。同类焊料和不同类元素混入时给产品会带来什么样的影响，欲详细了解其中因素可参阅江苏省电子学会 SMT专委会即将出版的《无铅焊接技术手册》。同时也有待于权威性标准化组织在综合各方的意见后提出相应的建议。
无铅化国际标准的建立对推动这项事业是有利的。目前公开的技术信息，专利文献还不是很多，但随着今后国际法规的时间表推出，一定会形成一个适用性很强的标准框架。 让我们一起迎接无铅化电子组装的新时代。 |
