中心議題：

• 焊料的發展曆史
• 研製開發無鉛焊料的原因
• 無鉛焊接的影響因素

解決方案：

• 元件耐高溫且無鉛化
• PCB板的基礎材料耐更高溫度且焊接後不變形
• 助焊劑和焊接設備要適應焊接要求

焊料從發明到使用，已有幾千年的曆史。Sn／Pb焊(han)料(liao)以(yi)其(qi)優(you)異(yi)的(de)性(xing)能(neng)和(he)低(di)廉(lian)的(de)成(cheng)本(ben)
，一(yi)直(zhi)得(de)到(dao)人(ren)們(men)的(de)重(zhong)用(yong)
，現(xian)已(yi)成(cheng)為(wei)電(dian)子(zi)組(zu)裝(zhuang)焊(han)接(jie)中(zhong)的(de)主(zhu)要(yao)焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)。但(dan)是(shi)，鉛(qian)及(ji)其(qi)化(hua)合(he)物(wu)屬(shu)於(yu)有(you)毒(du)物(wu)質(zhi)，長(chang)期(qi)使(shi)用(yong)會(hui)給(gei)人(ren)類(lei)生(sheng)活(huo)環(huan)境(jing)和(he)安(an)全(quan)帶(dai)來(lai)較(jiao)大(da)的(de)危(wei)害(hai)。從(cong)保(bao)護(hu)地(di)球(qiu)村(cun)環(huan)境(jing)和(he)人(ren)類(lei)的(de)安(an)全(quan)出(chu)發(fa)，限(xian)製(zhi)使(shi)用(yong)甚(shen)至(zhi)禁(jin)止(zhi)使(shi)用(yong)有(you)鉛(qian)焊(han)料(liao)的(de)呼(hu)聲(sheng)越(yue)來(lai)越(yue)強(qiang)烈(lie)，這(zhe)種(zhong)具(ju)有(you)悠(you)久(jiu)應(ying)用(yong)曆(li)史(shi)的(de)Sn／Pb焊料
，將逐漸被新的綠色焊料所替代，在進入二十一世紀時，這將成為可能。　　

rentitongguohuxi
，jinshi，pifuxishoudengdouyoukenengxishouqianhuoqihuahewu，qianbeirentiqiguanshequhou
，jiangyizhidanbaizhidezhengchanghechenggongneng，weihairentizhongshushenjing，zaochengjingshenhunluan
、呆滯
、生殖功能障礙
、貧血、高血壓等慢性疾病。鉛對兒童的危害更大，會影響智商和正常發育。　　

電子工業中大量使用的Sn／Pb合金焊料是造成汙染的重要來源之一，在製造和使用Sn／Pb焊(han)料(liao)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，由(you)於(yu)熔(rong)化(hua)溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)
，有(you)大(da)量(liang)的(de)鉛(qian)蒸(zheng)氣(qi)逸(yi)出(chu)，將(jiang)直(zhi)接(jie)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)的(de)身(shen)體(ti)健(jian)康(kang)。波(bo)峰(feng)焊(han)設(she)備(bei)在(zai)工(gong)作(zuo)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)大(da)量(liang)的(de)富(fu)鉛(qian)焊(han)料(liao)廢(fei)渣(zha)，對(dui)人(ren)類(lei)生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)極(ji)大(da)。近(jin)年(nian)來(lai)有(you)關(guan)地(di)下(xia)水(shui)中(zhong)鉛(qian)的(de)汙(wu)染(ran)更(geng)引(yin)起(qi)人(ren)們(men)的(de)關(guan)注(zhu)

，除(chu)了(le)廢(fei)棄(qi)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)大(da)量(liang)含(han)鉛(qian)外(wai)，丟(diu)棄(qi)的(de)各(ge)種(zhong)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)PCB上所含的鉛也不容忽視。以美國為例
，每年隨電子產品丟棄的PCB約一億塊
，按每塊含Sn／Pb焊料10克
，其中鉛含量為40％計算，每年隨PCB丟棄的鉛量即為400噸(dun)。當(dang)下(xia)雨(yu)時(shi)這(zhe)些(xie)鉛(qian)變(bian)成(cheng)溶(rong)於(yu)水(shui)的(de)鹽(yan)類(lei)
，逐(zhu)漸(jian)溶(rong)解(jie)汙(wu)染(ran)水(shui)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)遇(yu)酸(suan)雨(yu)時(shi)，雨(yu)中(zhong)所(suo)含(han)的(de)硝(xiao)酸(suan)和(he)鹽(yan)酸(suan)，更(geng)促(cu)使(shi)鉛(qian)的(de)溶(rong)解(jie)。對(dui)於(yu)飲(yin)用(yong)地(di)下(xia)水(shui)的(de)人(ren)們(men)，隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)延(yan)長(chang)，鉛(qian)在(zai)人(ren)體(ti)內(nei)的(de)積(ji)累(lei)，就(jiu)會(hui)引(yin)起(qi)鉛(qian)中(zhong)毒(du)。

二十世紀九十年代初，由美國國會提出了關於鉛的限製法案，並由工作小組著手進行無鉛焊料的研究開發活動。目前
，美國已在汽車、汽油、罐頭、自(zi)來(lai)水(shui)管(guan)等(deng)生(sheng)產(chan)和(he)應(ying)用(yong)中(zhong)禁(jin)止(zhi)使(shi)用(yong)鉛(qian)和(he)含(han)鉛(qian)焊(han)料(liao)。但(dan)該(gai)法(fa)案(an)對(dui)電(dian)子(zi)工(gong)業(ye)產(chan)生(sheng)的(de)效(xiao)能(neng)並(bing)不(bu)大(da)，在(zai)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)中(zhong)禁(jin)止(zhi)使(shi)用(yong)含(han)鉛(qian)焊(han)料(liao)進(jin)展(zhan)緩(huan)慢(man)。歐(ou)洲(zhou)和(he)日(ri)本(ben)等(deng)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)對(dui)焊(han)料(liao)中(zhong)限(xian)製(zhi)鉛(qian)的(de)使(shi)用(yong)也(ye)很(hen)關(guan)注(zhu)。對(dui)於(yu)居(ju)住(zhu)環(huan)境(jing)意(yi)識(shi)較(jiao)強(qiang)的(de)歐(ou)洲(zhou)，歐(ou)盟(meng)於(yu)1998年通過法案，已明確從2004年1月1日起任何製品中不可使用含鉛焊料，但因技術等方麵的原因
，在電子產品中完全禁止使用鉛有可能推遲至2008nianzhixing。zaiwuqianhanliaoyanjiuheyingyongfangmian
，ribenzoudezuikuai。weileshiyingshichangdexuyao，kuodashichangfene，ribentichuleshengchanlvsechanpindegainian。songxiadianqi、日立、NEC、富士通等各大公司紛紛降低了鉛的使用，並製訂了無鉛化的進程計劃，從2000年開始已在部分產品生產中使用無鉛焊料。　　

此外，隨著微細間距器件的發展，組裝密度愈來愈高

，焊點愈來愈小，而其所承載的力學、電學和熱學負荷則愈來愈重

，對可靠性要求日益提高，但傳統的Sn／Pbhejindekangrubianxingcha，bunengmanzujindaidianzigongyeduikekaoxingdeyaoqiu。yinci，wuqianhanliaodekaifaheyingyong，bujinduihuanjingbaohuyouli，erqiehaidanfuzhetigaodianzichanpinzhiliangdezhongyaorenwu。

近幾年來有關無鉛焊料的研究工作發展很快，世界上各大著名公司、國家實驗室和研究院所都投入了相當的力量開展無鉛焊料的研究。國內外的已有的研究成果表明，最有可能替代Sn／Pb焊料的無毒合金是Sn基合金。無鉛焊料主要以Sn為主，添加A g　
、Zn　、Cu　、Sb、Bi　、In等金屬元素。通過焊料合金化來改善合金性能，提高可焊性。由於Sn—In係合金蠕變性差，In極易氧化，且成本太高；Sn—Sb係合金潤濕性差，Sbhaishaojuduxing，zheliangzhonghejintixidekaifaheyingyongjiaoshao。shijishangeryuanxihejinyaozuochengweinengmanzugezhongtexingdejibencailiaoshibuwanshande，muqianzuichangjiandewuqianhanliaozhuyaoshiyiSn—A g　、Sn—Zn、Sn—Bi為基體，在其中添加適量的其它金屬元素所組成的三元合金和多元合金。如果單純考慮可焊性，能替代Sn／Pb共晶焊料的無鉛焊料很多，如下所示。　　

綜觀Sn—A g　、Sn—Zn、Sn—Bi三個體係無鉛焊料，與Sn—Pb共晶焊料相比，各有優缺點。Sn—A g係焊料，具有優良的機械性能

，拉伸強度，蠕變特性及耐熱老化性都比Sn—Pb共晶焊料優越，延展性比Sn／Pb共晶焊料稍差，但不存延展性隨時間加長而劣化的問題。Sn—A g係焊料，熔點偏高，通常比Sn—Pb共晶焊料要高30—40℃，潤濕性差，而且成本高。熔點和成本是Sn—A g係焊料存在的主要問題。Sn—Zn係焊料，機械性能好，拉伸強度比Sn—Pb共晶焊料好
，與Sn—Pb焊料一樣
，可以拉製成線材使用
；具有良好的蠕變特性
，變形速度慢，至斷裂的時間長。該體係最大的缺點是Zn極易氧化，潤濕性和穩定性差
，且具有腐蝕性。Sn—Bi係焊料，實際上是以Sn—A g（Cu）係合金為基體，添加適量的Bi組成的焊料合金，合金的最大的優點是降低了熔點，使其與Sn—Pb共晶焊料相近；蠕ru變bian特te性xing好hao，並bing增zeng大da了le合he金jin的de拉la伸shen強qiang度du，但dan延yan展zhan性xing變bian壞huai，變bian得de硬ying而er脆cui，加jia工gong性xing差cha
，不bu能neng加jia工gong成cheng線xian材cai使shi用yong。總zong之zhi，目mu前qian雖sui然ran已yi開kai發fa出chu許xu多duo可ke以yi替ti代daiSn—Pb合金的焊料
，但尚未開發出一種完全能替代Sn／Pb合金的高性能低成本的無鉛焊料。　　

為了實現保護環境和提高產品質量為目的，並考慮電子組裝工藝條件的要求，無鉛焊料應滿足以下條件：熔點低，合金共晶溫度近似於Sn63／Pb37的共晶溫度183℃，大致在180℃～220℃之間；無毒或毒性很低，所選用的材料現在和將來都不會汙染環境；熱傳導率和導電率要與Sn63　／Pb37的共晶焊料相當；具有良好的潤濕性；機械性能良好，焊點要有足夠的機械強度和抗熱老化性能
；要與現有的焊接設備和工藝兼容
，可在不更新設備不改變現行工藝的條件下進行焊接；與目前使用的助焊劑兼容；焊接後對各焊點檢修容易；成本要低，所選用的材料能保證充分供應。
　　
這是研製開發無鉛焊料的方向，要做到滿足以上要求
，有一定的難度

，因此，對性能

、成本均理想的綠色焊料的研製已成為研究的熱點。　　

電dian子zi組zu裝zhuang焊han接jie是shi一yi個ge係xi統tong工gong程cheng，對dui無wu鉛qian焊han接jie技ji術shu的de應ying用yong
，其qi影ying響xiang因yin素su很hen多duo
，要yao使shi無wu鉛qian焊han接jie技ji術shu獲huo得de廣guang泛fan應ying用yong，還hai必bi從cong係xi統tong工gong程cheng的de角jiao度du來lai解jie析xi和he研yan究jiu以yi下xia幾ji個ge方fang麵mian的de問wen題ti：　　

元件：目前開發已用於電子組裝用的無鉛焊料，熔點一般要比Sn63　／Pb37的共晶焊料高
，所以要求元件耐高溫，而且要求元件也無鉛化，即元件內部連接和引出端（線）也要采用無鉛焊料和無鉛鍍層。　　

PCB：要求PCB板的基礎材料耐更高溫度，焊接後不變形
，表麵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。　　

助焊劑：yaokaifaxinxingdeyanghuahaiyuannengligengqiangherunshixinggenghaodezhuhanji，yimanzuwuqianhanliaohanjiedeyaoqiu。zhuhanjiyaoyuhanjieyurewenduhehanjiewenduxiangpipei，erqieyaomanzuhuanbaodeyaoqiu。qijinweizhi
，shijiceshizhengmingmianqingxizhuhanjiyongyuwuqianhanliaohanjiegenghao。　　

焊接設備：要適應新的焊接溫度的要求，預熱區的加長或更換新的加熱元件、波峰焊焊槽

，機械結構和傳動裝置都要適應新的要求，錫鍋的結構材料與焊料的一致性（兼容性）要匹配。為了提高焊接質量和減少焊料的氧化，采用新的行之有效的抑製焊料氧化技術和采用隋性氣體（例如N 2）保護焊技術是必要的。　　

廢料回收：從含A g的Sn基無鉛無毒的綠色焊料中分離Bi和Cu將是非常困難的，如何回收Sn—A g合金又是一個新課題。所以，無鉛焊料的實用化進程是否順利，與焊接設備製造商
、焊料製造商
、助zhu焊han劑ji製zhi造zao商shang和he元yuan器qi件jian製zhi造zao商shang四si者zhe間jian的de協xie調tiao作zuo用yong有you很hen大da關guan係xi
，其qi中zhong隻zhi要yao有you一yi方fang配pei合he不bu好hao，就jiu會hui對dui推tui廣guang應ying用yong無wu鉛qian焊han料liao產chan生sheng障zhang礙ai。目mu前qian，焊han接jie設she備bei製zhi造zao商shang已yi經jing開kai始shi行xing動dong，正zheng在zai推tui出chu或huo即ji將jiang推tui出chu適shi應ying無wu鉛qian焊han料liao焊han接jie的de回hui流liu焊han爐lu。　　

此外，采用無鉛焊料替代Sn／Pb焊料在解決汙染的同時，可能會出現一係列新的問題。例如Sn／Pb係列焊料中


，Sn與Pb對H
、Cl等元素的超電勢都比較高，而無鉛焊料中A g、Zn、Cu等元素對H
、Cl的超電勢都很低
，由於超電勢的降低而易引起焊接區殘留的H　、Cl離子遷移產生的電極反應，從而會引起集成電路元件短路。　

盡管當前無鉛焊料的研究開發和應用正走向深入研究階段
，但根據世界各國的開發狀況來看，要在短時間內研製出使用性能超過Sn—Pb共晶焊料的高性能的無鉛焊料是一件困難的事情。全麵考慮成本、性(xing)能(neng)的(de)新(xin)型(xing)無(wu)鉛(qian)焊(han)料(liao)標(biao)準(zhun)尚(shang)未(wei)製(zhi)訂(ding)，其(qi)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)和(he)性(xing)能(neng)綜(zong)合(he)評(ping)定(ding)方(fang)法(fa)也(ye)有(you)待(dai)於(yu)在(zai)繼(ji)續(xu)的(de)研(yan)製(zhi)及(ji)應(ying)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)得(de)以(yi)解(jie)決(jue)，還(hai)有(you)許(xu)多(duo)工(gong)作(zuo)要(yao)做(zuo)。但(dan)是(shi)焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)的(de)無(wu)鉛(qian)、無毒化方向已定，沒有別的選擇
，隻有行動起來
，投身到研究
、開發
、推廣應用無鉛焊料的行列中去，為推動我國無鉛焊料的開發和應用
，為地球村的環境保護作出應有的貢獻。