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／Pbhanliaoyiqiyouyidexingnenghediliandechengben，yizhidedaorenmendezhongyong
，xianyichengweidianzizuzhuanghanjiezhongdezhuyaohanjiecailiao。danshi，qianjiqihuahewushuyuyouduwuzhi，changqishiyonghuigeirenleishenghuohuanjingheanquandailaijiaodadeweihai。congbaohudiqiucunhuanjingherenleideanquanchufa
，xianzhishiyongshenzhijinzhishiyongyouqianhanliaodehushengyuelaiyueqianglie
，zhezhongjuyouyoujiuyingyonglishideSn／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／Pbhanliaodeguochengzhong，youyuronghuawendujiaogao，youdaliangdeqianzhengqiyichu，jiangzhijieyanzhongyingxiangcaozuorenyuandeshentijiankang。bofenghanshebeizaigongzuozhongchanshengdedaliangdefuqianhanliaofeizha，duirenleishengtaihuanjingwuranjida。jinnianlaiyouguandixiashuizhongqiandewurangengyinqirenmendeguanzhu，chulefeiqidexudianchidalianghanqianwai，diuqidegezhongdianzichanpinPCB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、zilaishuiguandengshengchanheyingyongzhongjinzhishiyongqianhehanqianhanliao。dangaifaanduidianzigongyechanshengdexiaonengbingbuda，zaidianzichanpinzhongjinzhishiyonghanqianhanliaojinzhanhuanman。ouzhouheribendengfadaguojiaduihanliaozhongxianzhiqiandeshiyongyehenguanzhu。duiyujuzhuhuanjingyishijiaoqiangdeouzhou
，oumengyu1998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2008年(nian)執(zhi)行(xing)。在(zai)無(wu)鉛(qian)焊(han)料(liao)研(yan)究(jiu)和(he)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)，日(ri)本(ben)走(zou)得(de)最(zui)快(kuai)。為(wei)了(le)適(shi)應(ying)市(shi)場(chang)的(de)需(xu)要(yao)，擴(kuo)大(da)市(shi)場(chang)份(fen)額(e)
，日(ri)本(ben)提(ti)出(chu)了(le)生(sheng)產(chan)綠(lv)色(se)產(chan)品(pin)的(de)概(gai)念(nian)。鬆(song)下(xia)電(dian)器(qi)

、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／Pb合(he)金(jin)的(de)抗(kang)蠕(ru)變(bian)性(xing)差(cha)，不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)近(jin)代(dai)電(dian)子(zi)工(gong)業(ye)對(dui)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)。因(yin)此(ci)，無(wu)鉛(qian)焊(han)料(liao)的(de)開(kai)發(fa)和(he)應(ying)用(yong)，不(bu)僅(jin)對(dui)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)有(you)利(li)，而(er)且(qie)還(hai)擔(dan)負(fu)著(zhe)提(ti)高(gao)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)的(de)重(zhong)要(yao)任(ren)務(wu)。

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(dai)Sn—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：要yao開kai發fa新xin型xing的de氧yang化hua還hai原yuan能neng力li更geng強qiang和he潤run濕shi性xing更geng好hao的de助zhu焊han劑ji，以yi滿man足zu無wu鉛qian焊han料liao焊han接jie的de要yao求qiu。助zhu焊han劑ji要yao與yu焊han接jie預yu熱re溫wen度du和he焊han接jie溫wen度du相xiang匹pi配pei，而er且qie要yao滿man足zu環huan保bao的de要yao求qiu。迄qi今jin為wei止zhi
，實shi際ji測ce試shi證zheng明ming免mian清qing洗xi助zhu焊han劑ji用yong於yu無wu鉛qian焊han料liao焊han接jie更geng好hao。　　

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、zhuhanjizhizaoshangheyuanqijianzhizaoshangsizhejiandexietiaozuoyongyouhendaguanxi，qizhongzhiyaoyouyifangpeihebuhao
，jiuhuiduituiguangyingyongwuqianhanliaochanshengzhangai。muqian
，hanjieshebeizhizaoshangyijingkaishixingdong
，zhengzaituichuhuojijiangtuichushiyingwuqianhanliaohanjiedehuiliuhanlu。　　

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。