引言:无铅技术自开发以来发展迅速，令业界拥有了一定的实际制造经验，并积累了丰富的试验和工艺数据。但是，到底哪些因素推动了向无铅的过渡？为了成功地实施无铅电子组装工艺，还有哪些问题必须认真考虑和加以解决呢？
基本情况
促使电子工业转向无铅工艺的主要推动力是什么？如果就铅的使用量而言，只要你对图1进行分析就会发现，电子焊料实际上只是一个小角色。事实上，市场竞争对推动无铅工艺的影响力更大，尤其是在消费电子领域，在这种情况下，法规方面的因素尤为重要。
无铅实施：概述
首先，用户必须明白，现在研究的任何无铅配方都不能“随意替代”传统的锡铅材料。特别要注意的是，一切无铅材料都导致焊接温度的升高 (通常高20 ～ 40℃)，并由此引发了元器件可靠性的问题。在许多情况下可以发现，元器件制造商在开发合适的无铅加工设备方面赶不上需求，有时甚至必须执行混合技术，借助一些锡铅成分进行加工。
另外，回流工艺窗口变小，在液相线和峰值回流温度之间从 40℃ 减小到了 20℃。还有，必须仔细考虑组装基材的品种和特性，包括选择合适的表面涂覆，如有机可焊性保护剂 (OSP )、热风整平 (HASL)、无电镀浸镍/金 (ENiG)、浸银或挂锡。
在设备方面，好消息是现有的大部分已经升级，对标准配置、软件和硬件稍加修改或保持原样就能处理无铅加工过程。
最后，工业标准和检验规范尚未完全建立，而业内正在展开许多研究和论证工作，涉及采用无铅技术的各个方面。
不过，若撇开所有难题，我们就会注意到其实在整个电子行业中相当多的应用已经成功地采用了无铅技术。
表面涂镀的本质
不管选择哪一种表面涂层，都难以完全湿润一块电路板基材上的全部金属表面。然而，覆盖面积或湿润面积小不等于湿润不良，相反仍然能够提供牢固的连接。覆盖面积小可能导致回流以后明显的裸铜，特别是在使用非有机护铜剂的基材上，如 HASL、镀镍/金 (Ni-Au)、锡、SMC引线和模压引线架的情况下。无论选用哪一种，非湿润区域一般不影响整个焊点的完整性，比如，在焊盘与电路板的相交处，以及在周边或顶部过孔上，可能最多只有 5 至 10% 的可焊焊盘面积外露或不湿润，但这不妨碍焊点的形成。
在进行的对比湿润平衡试验中，无铅锡/银/铜合金 (Sn-Ag-Cu) 在任何工艺温度下的表面张力都大于锡/铅 (Sn-Pb)，可是湿润时间比锡/铅长，而湿润力也比它小。
焊接强度和可靠性
试验表明，锡/银/铜合金的焊点与锡/铅合金形成的有光泽焊点相比，可能显得灰暗或无光泽，但是在检验过程中不应把这一点视作缺陷。就焊点完整性而论，组装后锡/银/铜合金焊点的空洞程度显得大于锡/铅焊点，不过这似乎不影响焊点的强度或可靠性。实际上，热循环和拉力试验显示，这些无铅焊点的强度大于锡/铅焊点，而且抗热疲劳性较强。
细间距和超细间距的挑战
小型化仍然是电子组装企业面临的挑战，材料开发商必须理解由现今电路板越来越棘手的尺寸限制所带来的挑战。例如，现在的无铅焊膏既要适应小直径焊粉的使用，而且同时能够在回流后形成可靠的焊点。事实上，随着间距的不断缩小，无铅的一切工序，包括印刷、贴片、回流和检验，都变成了棘手的难题。
印刷
要实现成功的无铅焊膏印刷，关键的材料因素是：可印刷性、印刷清晰度、焊点体积的一致性、不同印刷速度的重复精度、不同印刷速度范围内转移效率的一致性、网板使用寿命和无铅焊膏在加工过程中保持其特性的能力、工序暂停时的可重复性响应，以及在一定时间和温度范围内焊膏的黏度稳定性等。
回流
同印刷工艺一样，无铅组装过程中许多重要的材料因素能决定回流过程是否成功；这些因素包括：采用高温回流曲线时细间距特征在大气环境下的回流性能、元器件的自对准能力、各种电路板涂层的使用效果 (包括树脂涂覆、有机护铜剂和镍/金)、回流温度曲线变化 (最小就最好) 对焊点空洞形成的影响、焊料对各种电路板涂层的覆盖能力、避免在芯片间形成焊锡球的性能、焊点外观 (光滑、均匀)、焊点边缘湿润性能，以及不同的温度曲线助焊剂的特性等。
结语
无铅技术自最早引入电子组装工业以来进展迅速，无铅焊料、电路板、表面涂覆、设备以及组件 (程度较小) 都得到了快速的开发和研制，而且往往显示出优于传统锡/铅材料的可靠性，特别是在OSP电路板涂层方面。这些材料一般需要采用严格的工艺窗口，因此，对设计和工艺过程进行仔细的控制，是这种生产线成功的关键。
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发表于 2006-9-7 15:21:00