1 免清洗技術(shù)是實(shí)現(xiàn)完全淘汰ODS的最佳途徑之一
1．1 淘汰ODS清洗是我國政府對(duì)國際社會(huì)的鄭重承諾
    當(dāng)今危害人類生存環(huán)境的全球問題之一，是臭氧層被破壞。為了保護(hù)臭氧層， 國際社會(huì)于1987年制定了《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)蒙特利爾議定書》。我國政府于1991年6月加入了該議定書，承諾履行自己的國際義務(wù)，按照國際公約逐步淘汰消耗臭氧層物質(zhì)(ODS)。1999年12月在北京召開了第十一次締約國大會(huì)，全球176個(gè)國家和有關(guān)組織參加了會(huì)議，并通過了《北京宣言》。江澤民主席代表中國政府到會(huì)發(fā)表了重要講話，闡明了中國政府的立場(chǎng)。保護(hù)臭氧層，加快淘汰ODS進(jìn)程，是我國應(yīng)盡的國際義務(wù)，也是我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求。
    截止到1997年12月，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)基本停止使ODS，從而使我國成為了目前世界上最大的ODS生產(chǎn)國和消費(fèi)國，一些西方國家已經(jīng)對(duì)我國的出口產(chǎn)品使用ODS加以限制，出現(xiàn)了對(duì)使用ODS產(chǎn)品退貨的情況。電子信息產(chǎn)業(yè)眾多企業(yè)大量使用ODS清洗劑，而且地域分布廣，規(guī)模大小不一，清洗工藝各不相同。我國政府在《中國消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案》中莊嚴(yán)承諾，2005年部分淘汰和2009年全部淘汰ODS的生產(chǎn)和消費(fèi)，到2006年一月一日起清洗行業(yè)全部停止使用CFC—113和1．1．1三氯乙烷，這是電子企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)，是一項(xiàng)緊迫而艱巨的任務(wù)。
  1.2 淘汰ODS清洗的替代技術(shù)
    根據(jù)聯(lián)合國“蒙特利爾”協(xié)議精神，20世紀(jì)80年代末90年代初工業(yè)發(fā)達(dá)國家先后研制開發(fā)了下列四種主要替代技術(shù)，并已廣泛應(yīng)用在電子清洗工藝中。
    a. 水洗技術(shù)
    b．半水洗技術(shù)
    c．非ODS有機(jī)溶劑清洗
    d. 免清洗技術(shù)
    在這些替代技術(shù)中，水洗和半水洗的設(shè)備投資大，占地面積大，耗電能大 (50100KW)，耗水多，而且還要進(jìn)行水處理和廢水處理。如果廢水不經(jīng)處理直接排放，將造成新的污染源。而非ODS有機(jī)溶劑清洗，其溶劑本身成本高，存在揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)的污染和工作操作安全等問題，而且HCFC也只是一種過渡性替代物，已被列為2040年最終全部淘汰的清洗溶劑之一。而免清洗技術(shù)因具有簡化工藝流程，降低了生產(chǎn)成本(節(jié)省了水洗設(shè)備和清洗溶劑，而且減少了助焊劑的用量)，節(jié)省生產(chǎn)工時(shí)，縮短生產(chǎn)周期，對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，受到各國的普遍重視。實(shí)踐證明，前三種清洗技術(shù)只是過渡時(shí)期的技術(shù)，從長遠(yuǎn)來看，應(yīng)首選免清洗技術(shù)，以達(dá)到最終不使用ODS的目的，對(duì)于替代ODS清洗來說是一步到位技術(shù)。免清洗技術(shù)在國內(nèi)外電子產(chǎn)品中已經(jīng)得到用戶的信賴，已成為公認(rèn)的當(dāng)今替代ODS清洗的有效途徑，將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用，是今后發(fā)展的方向。
1．3 免清洗焊接技術(shù)
    免清洗技術(shù)是一個(gè)新概念、新技術(shù)，不同于不清洗。如果說當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到清洗對(duì)提高電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要性，由焊后不清洗發(fā)展到清洗是一次飛躍，那么，現(xiàn)再由清洗發(fā)展到免清洗將是一次新的飛躍，決不是倒退，更不能以降低產(chǎn)品質(zhì)量為代價(jià)。免清洗工藝是相對(duì)于傳統(tǒng)的清洗工藝而言，是建立在保證原有產(chǎn)品質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上簡化工藝流程的一種先進(jìn)技術(shù)，而決不是簡單地取消原來的清洗工藝的不清洗。免清洗技術(shù)應(yīng)用新材料和新工藝來達(dá)到以往焊后需要清洗才能達(dá)到的質(zhì)量要求，而不清洗只是適用于某些低檔消費(fèi)類電子產(chǎn)品，雖然省去了清洗工序，卻相對(duì)降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。
    免清洗技術(shù)包括免清洗波峰焊技術(shù)和免清洗回流焊技術(shù)。前者由傳統(tǒng)波峰焊接發(fā)展而成，通過對(duì)原有的波峰焊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造或更新波峰焊機(jī)，采用低固物含量，不含任何鹵化物，焊后僅有微量無腐蝕性殘留物，而且焊后表面絕緣電阻高的免清洗助焊劑，以達(dá)到免清洗效果，主要解決通孔插裝元器件和混裝聯(lián)技術(shù)中固化表面元器件的波峰焊接。后者是SMT裝配中的重要工藝環(huán)節(jié)，通過采用低固物含量，不含任何鹵化物、焊后僅有微量無腐蝕性殘留物。而且焊后絕緣電阻高的免清洗焊膏和工藝控制來達(dá)到免清洗效果，主要解決表面貼裝元器件的回流焊接。
1．4 免清洗焊接技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程
    免清洗工藝的實(shí)現(xiàn)不僅依賴于免清洗助焊劑(焊膏)，還依賴于焊接設(shè)備、元器件、PCB板、工藝流程和工藝參數(shù)、工藝環(huán)境、工藝管理等諸多因素。免清洗焊接技術(shù)是將材料、設(shè)備、工藝、環(huán)境和人力因素結(jié)合在一起的綜合性技術(shù)，是一個(gè)系統(tǒng)工程，其核心內(nèi)容有：
  1．4．1 選擇合適的免清洗助焊劑(焊膏)
    免清洗焊接材料的核心是免清洗助焊劑(焊膏)。隨著免清洗技術(shù)的發(fā)展，低固物含量、無鹵化物、無松香或有機(jī)合成樹脂的免清洗助焊劑(焊膏)已經(jīng)商品化，并且國內(nèi)市場(chǎng)上銷售的品牌和種類越來越多，因此，如何根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求和企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備狀況選擇合適的免清洗助焊劑(焊膏)是成功應(yīng)用免清洗技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。應(yīng)該首選經(jīng)電子工業(yè)材料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心(天津電子46所)按免清洗類助焊劑(焊膏)技術(shù)條件檢測(cè)合格的產(chǎn)品，可以多選幾種進(jìn)行焊接質(zhì)量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，擇優(yōu)選取性能價(jià)格比好、供貨及時(shí)、質(zhì)量穩(wěn)定、售后服務(wù)好的生產(chǎn)企業(yè)作為合格供應(yīng)商。另外，要注意助焊劑的貯存期，以保證免清洗助焊劑(焊膏)的效能。
  1．4．2 選擇恰當(dāng)?shù)耐糠蠊に嚰捌浜附釉O(shè)備
    采用免清洗助焊劑后，助焊劑的涂敷就變得十分重要，這將會(huì)直接影響到焊后質(zhì)量。實(shí)踐證明以下二種助焊劑涂敷方式在免清洗工藝中都是成功的。
  a) 發(fā)泡式
    目前眾多的生產(chǎn)企業(yè)使用的波峰焊機(jī)裝有發(fā)泡式涂敷助焊劑裝置。這些設(shè)備只要清洗干凈，對(duì)發(fā)泡裝置不加改造或稍加改造即可用于免清洗工藝，投資少。采用發(fā)泡工藝的缺點(diǎn)是助焊劑的用量不易控制，涂敷不均勻，在PCB板上有殘留助焊劑，給免清洗工藝帶來明顯的影響。更換孔徑細(xì)密的發(fā)泡管(20m，北京晶英公司可提供)，使發(fā)泡細(xì)密，調(diào)節(jié)發(fā)泡高度為不超過PCB板厚度的1／3，使泡沫正好沾著PCB板底部，不翻上PCB板頂部，涂敷均勻，則能使焊劑殘留減至最少，又能獲得較好的焊接效果。另外，發(fā)泡式裝置是開啟式的，助焊劑中溶劑極易揮發(fā)，需定時(shí)測(cè)量助焊劑的密度，添加稀釋劑來調(diào)正其密度，以保證達(dá)到最佳焊接效果。同時(shí)因吸收空氣中水分和落入灰塵等雜質(zhì)極易使助焊劑變質(zhì)，使用一段時(shí)間后需要更換助焊劑，造成一定的浪費(fèi)。
  b)噴霧式
    通過噴霧裝置將霧狀的助焊劑送到PCB板焊接面上，其霧化程度，噴霧寬度、噴霧量、預(yù)熱溫度等均可調(diào)節(jié)，這種涂敷工藝，涂敷很均勻，而且可以節(jié)約助焊劑 (比發(fā)泡式可以節(jié)省50—65％)，焊后板面相當(dāng)干凈，也不需要象發(fā)泡式那樣定期更換助焊劑或添加稀釋劑。助焊劑是完全封閉在加壓的容器中，不必考慮溶劑的揮發(fā)和吸收大氣中的水分，這樣助焊劑成分不變，一次加入后可以直到用完為止。使用噴霧涂敷工藝，需要具有良好的通風(fēng)裝置，將揮發(fā)的易燃的溶劑蒸氣排除出去。噴霧式涂敷助焊劑的優(yōu)點(diǎn)是顯著的，是實(shí)現(xiàn)免清洗工藝最佳涂敷方式，是今后涂敷助焊劑工藝的主流。對(duì)于老式的發(fā)泡式波峰焊接機(jī)，可以拆除發(fā)泡裝置改裝噴霧裝置來實(shí)現(xiàn)噴霧涂敷助焊劑工藝，但是如果設(shè)備已經(jīng)陳舊，到了需要更新的階段，這種辦法是不可取的，也不經(jīng)濟(jì)，不如直接更新改造，購置一臺(tái)帶噴霧裝置的新式波峰焊接機(jī)更好。
    除上述二種助焊劑涂敷方式外，國內(nèi)尚有浸涂或刷涂的方式涂敷助焊劑，這種方式很難控制助焊劑的涂敷量，極易造成因涂敷助焊劑過多而造成焊后殘留物多，影響PCB板的表觀質(zhì)量。因此需要經(jīng)過工藝試驗(yàn)，包括適當(dāng)增加稀釋劑用量來減少焊后的殘留物。
  1．4．3 選擇合適的工藝參數(shù)
    焊接工藝參數(shù)主要有：助焊劑活性(PH值)、預(yù)熱溫度、波峰焊接溫度、助焊劑的發(fā)泡高度(或噴物量)、釬料的波峰高度(H)及壓錫深度、牽引角、傳動(dòng)速度和焊接時(shí)間、釬料槽中的合金成分等，這些都是保證焊接質(zhì)量的諸多因素。采用免清洗助焊劑，調(diào)正好波峰焊接設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)顯得尤為重要，預(yù)熱溫度是達(dá)到其成功運(yùn)作效果的重要環(huán)節(jié)。免清洗助焊劑是一種低固含量的助焊劑，其活性較松香助焊劑弱，在焊接過程中，隨著預(yù)熱溫度的升高，助焊劑逐漸開始激活，當(dāng)達(dá)到預(yù)熱溫度時(shí)，活性物質(zhì)釋放出來，同時(shí)溶劑成分開始?xì)饣?，在PCB板上只留下微量的殘余物。由此可見，預(yù)熱溫度是免清洗工藝中最重要的環(huán)節(jié)。預(yù)熱溫度一般在95105(指元件面溫度)，焊接溫度在25015。
    實(shí)踐證明，在空氣中進(jìn)行免清洗工藝是可以獲得良好的焊接效果的。但是，因?yàn)槊馇逑粗竸┑幕钚韵鄬?duì)于松香助焊劑等高固含量助焊劑的活性要弱一些，因此采用惰性氣體(如N2)保護(hù)焊可以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。其優(yōu)點(diǎn)是，減少焊時(shí)的氧化，提高焊點(diǎn)質(zhì)量，減少焊接缺陷，減少焊后殘留物，提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，尤其是細(xì)間距器件的焊接效果更為明顯。
  1．4．4 配以適當(dāng)?shù)墓に嚋?zhǔn)備和工藝管理
    要獲取良好的免清洗工藝效果，除了焊接過程中設(shè)備和工藝參數(shù)的調(diào)整、控制外，在工藝準(zhǔn)備階段的材料控制和裝焊過程中的環(huán)境控制同樣十分重要。
    首先元器件引線(焊接端面)應(yīng)符合可焊性要求，最好能在恒溫干燥的條件下保存，使其免受污染和老化，存放期一般不超過六個(gè)月；PCB板應(yīng)在有效存放時(shí)間內(nèi)保證其表面潔凈度和可焊性要求，插裝(貼裝)前進(jìn)行干燥處理。這是獲取免清洗焊接成效的首要條件。在裝焊過程中，要注意控制生產(chǎn)環(huán)境，盡量避免人為的污染，如手跡、汗跡、灰塵等。因此加強(qiáng)工藝管理十分重要，否則會(huì)影響免清洗工藝的效果。
1．4．5 應(yīng)選用免清洗焊錫絲與之配套
    手工焊接或波峰焊接、回流焊后的焊點(diǎn)返修，應(yīng)選用免清洗焊劑芯的焊錫絲，減少手工焊或返修后的殘留物。采用免清洗波峰焊(回流焊)后用非免清洗焊錫絲進(jìn)行手工焊或修補(bǔ)焊點(diǎn)是不可取的，這樣會(huì)造成板面污染。
1．5 免清洗焊接技術(shù)的新發(fā)展
    目前使用的免清洗助焊劑的溶劑均為醇類溶劑，如乙醇、異丙醇等，都是揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)，對(duì)生態(tài)環(huán)境有一定的影響。隨著人們環(huán)境意識(shí)的不斷提高和切
  實(shí)保護(hù)地球村環(huán)境不受侵害，歐洲已提出了限制使用VOC，在不久的將來對(duì)使用VOC要征收生態(tài)環(huán)境稅，這必將增加產(chǎn)品的制造成本。在此背景下，比利時(shí)INTERFLUX公司成功地開發(fā)了以水替代醇類溶劑的IF2008免清洗助焊劑，使之成為真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品。
    IF2008水基免清洗助焊劑，不含任何鹵化物，無毒、無刺激性氣味，而且水不會(huì)燃燒和爆炸，消除了使用現(xiàn)有焊劑會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。無VOC，不污染環(huán)境，也不會(huì)與PCB的阻焊膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。IF2008水基免清洗助焊劑更適用于無鉛焊接工藝中使用。采用水基免清洗助焊劑完全滿足ISO14000標(biāo)準(zhǔn)的要求。
    無VOC免清洗助焊劑是發(fā)展方向，它的推廣應(yīng)用促使了免清洗焊接的新發(fā)展。目前IF2008綠色環(huán)保型水基免清洗助焊劑的應(yīng)用工藝瓶頸已經(jīng)突破，為推廣應(yīng)用水基免清洗助焊劑鋪平了道路。
1．6 存在的主要問題
  1．6．1 企業(yè)缺少對(duì)淘汰ODS重要性的認(rèn)識(shí)，沒有緊迫感。
    有關(guān)部門調(diào)查表明，我國許多企業(yè)仍在大量使用ODS，有的企業(yè)不知道什么是ODS，不知道淘汰ODS的重要性和緊迫性，甚至在新建項(xiàng)目中還準(zhǔn)備采用ODS清洗工藝。因此，除了加大政府的宏觀調(diào)控作用，加強(qiáng)對(duì)清洗行業(yè)的指導(dǎo)作用外，當(dāng)務(wù)之急是要提高企業(yè)對(duì)淘汰ODS工作的重要性的認(rèn)識(shí)和參與工作的積極性，加速全面淘汰ODS清洗劑的進(jìn)程。
  1．6．2 觀念模糊，概念不清，免清洗尚無確切的定義和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
    免清洗技術(shù)與傳統(tǒng)的清洗技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。這種新工藝的實(shí)施不僅可以保護(hù)環(huán)境，改善生產(chǎn)條件，而且可以降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，這已被國內(nèi)外廣泛證明。但是，它畢竟是一項(xiàng)全新的工藝技術(shù)，習(xí)慣于舊有模式的人會(huì)提出諸如新工藝的實(shí)施能為企業(yè)和制造工藝技術(shù)帶來什么影響，會(huì)不會(huì)提高制造成本。實(shí)際上，推廣這項(xiàng)新工藝關(guān)鍵在于徹底改變?nèi)藗儗?duì)焊接工藝的認(rèn)識(shí)，充分掌握免清洗技術(shù)的內(nèi)涵，提高解決實(shí)際問題的能力，正確選擇關(guān)鍵材料，主要是免清洗助焊劑和焊膏，這是至關(guān)重要的。目前存在的主要問題是免清洗尚無確切的定義，有關(guān)免清洗焊接技術(shù)和免清洗焊接材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不全，沒有形成系列標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)焊后清潔度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法也沒有制定，給推廣應(yīng)用免清洗技術(shù)增加了難度，迫切需要編制免清洗技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以便規(guī)范免清洗材料的生產(chǎn)和應(yīng)用。免清洗技術(shù)是發(fā)展方向，是淘汰ODS的最佳途徑之一。該技術(shù)的大力推廣和應(yīng)用，將會(huì)推動(dòng)我國盡早淘汰ODS的進(jìn)程，這對(duì)增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)保護(hù)地球環(huán)境的貢獻(xiàn)具有深遠(yuǎn)的意義。
  2．無鉛焊接技術(shù)是軟釬焊的發(fā)展方向
  2．1 無鉛焊料的研制與應(yīng)用動(dòng)態(tài)
    焊料從發(fā)明到使用，已有幾千年的歷史。Sn／Pb焊料以其優(yōu)異的性能和低廉的成本，一直得到人們的重用，現(xiàn)已成為電子組裝焊接中的主要焊接材料。但是，鉛及其化合物屬于有毒物質(zhì)，長期使用會(huì)給人類生活環(huán)境和安全帶來較大的危害。從保護(hù)地球村環(huán)境和人類的安全出發(fā)，限制使用甚至禁止使用有鉛焊料的呼聲越來越強(qiáng)烈，這種具有悠久應(yīng)用歷史的Sn／Pb焊料，將逐漸被新的綠色焊料所替代，在進(jìn)入二十一世紀(jì)時(shí)，這將成為可能。
    人體通過呼吸，進(jìn)食，皮膚吸收等都有可能吸收鉛或其化合物，鉛被人體器官攝取后，將抑制蛋白質(zhì)的正常合成功能，捐害人體中樞神經(jīng)，造成精神混亂、呆滯、生殖功能障礙、貧血、高血壓等慢性疾病。鉛對(duì)兒童的危害更大，會(huì)影響智商和正常發(fā)育。
    電子工業(yè)中大量使用的Sn／Pb合金焊料是造成污染的重要來源之一，在制造和使用Sn／Pb焊料的過程中，由于熔化溫度較高，有大量的鉛蒸氣逸出，將直接嚴(yán)重影響操作人員的身體健康。波峰焊設(shè)備在工作中產(chǎn)生的大量的富鉛焊料廢渣，對(duì)人類生態(tài)環(huán)境污染極大。近年來有關(guān)地下水中鉛的污染更引起人們的關(guān)注，除了廢棄的蓄電池大量含鉛外，丟棄的各種電子產(chǎn)品PCB上所含的鉛也不容忽視。以美國
為例，每年隨電子產(chǎn)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(jì)算，每年隨PCB丟棄的鉛量即為400噸。當(dāng)下雨時(shí)這些鉛變成溶于水的鹽類，逐漸溶解污染水，特別是在遇酸雨時(shí)，雨中所含的硝酸和鹽酸，更促使鉛的溶解。對(duì)于欽用地下水的人們，隨著時(shí)間的延長，鉛在人體內(nèi)的積累，就會(huì)引起鉛中毒。
    二十世紀(jì)九十年代初，由美國國會(huì)提出了關(guān)于鉛的限制法案，并由工作小組著手進(jìn)行無鉛焊料的研究開發(fā)活動(dòng)。目前，美國已在汽車、汽油、罐頭、自來水管等生產(chǎn)和應(yīng)用中禁止使用鉛和含鉛焊料。但該法案對(duì)電子工業(yè)產(chǎn)生的效能并不大，在電子產(chǎn)品中禁止使用含鉛焊料進(jìn)展緩慢。歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家對(duì)焊料中限制鉛的使用也很關(guān)注。對(duì)于居住環(huán)境意識(shí)較強(qiáng)的歐洲，歐盟于1998年通過法案，已明確從2004年1月1日起任何制品中不可使用含鉛焊料，但因技術(shù)等方面的原因，在電子產(chǎn)品中完全禁止使用鉛有可能推遲至2008年執(zhí)行。在無鉛焊料研究和應(yīng)用方面，日本走得最快。為了適應(yīng)市場(chǎng)的需要，擴(kuò)大市場(chǎng)份額，日本提出了生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的概念。松下電器、日立、NEC、富士通等各大公司紛紛降低了鉛的使用，并制訂了無鉛化的進(jìn)程計(jì)劃，從2000年開始已在部分產(chǎn)品生產(chǎn)中使用無鉛焊料。
    此外，隨著微細(xì)間距器件的發(fā)展，組裝密度愈來愈高，焊點(diǎn)愈來愈小，而其所承載的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)負(fù)荷則愈來愈重，對(duì)可靠性要求日益提高，但傳統(tǒng)的Sn／Pb合金的抗蠕變性差，不能滿足近代電子工業(yè)對(duì)可靠性的要求。因此，無鉛焊料的開發(fā)和應(yīng)用，不僅對(duì)環(huán)境保護(hù)有利，而且還擔(dān)負(fù)著提高電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要任務(wù)。
    近幾年來有關(guān)無鉛焊料的研究工作發(fā)展很快，世界上各大著名公司、國家實(shí)驗(yàn)室和研究院所都投入了相當(dāng)?shù)牧α块_展無鉛焊料的研究。國內(nèi)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Ag、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。由于Sn—In系合金蠕變性差，In極易氧化，且成本太高；Sn—Sb系合金潤濕性差，Sb還稍具毒性，這兩種合全體系的開發(fā)和應(yīng)用較少。實(shí)際上二元系合金要做成為能滿足各種特性的基本材料是不完善的，目前最常見的無鉛焊料主要是以Sn—Ag、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，如下表所示。
    綜觀Sn—Ag、Sn—Zn、Sn—Bi三個(gè)體系無鉛焊料，與Sn—Pb共晶焊料相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)。Sn—Ag系焊料，具有優(yōu)良的機(jī)械性能，拉伸強(qiáng)度，蠕變特性及耐熱老化性都比Sn—Pb共晶焊料優(yōu)越，延展性比Sn／Pb共晶焊料稍差，但不存延展性隨時(shí)間加長而劣化的問題。Sn—Ag系焊料，熔點(diǎn)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(diǎn)和成本是Sn—Ag系焊料存在的主要問題。Sn—Zn系焊料，機(jī)械性能好，拉伸強(qiáng)度比Sn—Pb共晶焊料好，與Sn—Pb焊料一樣，可以拉制成線材使用；具有良好的蠕變特性，變形速度慢，至斷裂的時(shí)間長。該體系最大的缺點(diǎn)是Zn極易氧化，潤濕性和穩(wěn)定性差，且具有腐蝕性。Sn—Bi系焊料，實(shí)際上是以Sn—Ag(Cu)系合金為基體，添加適量的Bi組成的焊料合金，合金的最大的優(yōu)點(diǎn)是降低了熔點(diǎn)，使其與Sn—Pb共晶焊料相近；蠕變特性好，并增大了合金的拉伸強(qiáng)度，但延展性變壞，變得硬而脆，加工性差，不能加工成線材使用?？傊?，目前雖然已開發(fā)出許多可以替代Sn—Pb合金的焊料，但尚未開發(fā)出一種完全能替代Sn／Pb合金的高性能低成本的無鉛焊料。
2．2 無鉛焊料應(yīng)具有的基本性能
    為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境和提高產(chǎn)品質(zhì)量為目的，并考慮電子組裝工藝條件的要求，無鉛焊料的基本性能應(yīng)滿足以下條件：
    a)熔點(diǎn)低，合金共晶溫度近似于Sn63／Pb37的共晶溫度183，大致在180℃220℃之間。
b)無毒或毒性很低，所選用的材料現(xiàn)在和將來都不會(huì)污染環(huán)境。
  c)熱傳導(dǎo)率和導(dǎo)電率要與Sn63／Pb37的共晶焊料相當(dāng)。
  d)具有良好的潤濕性。
  e)機(jī)械性能良好，焊點(diǎn)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱老化性能。
  f)要與現(xiàn)有的焊接設(shè)備和工藝兼容，可在不更新設(shè)備不改變現(xiàn)行工藝的條件下進(jìn)行焊接。
  g)與目前使用的助焊劑兼容。
  h)焊接后對(duì)各焊點(diǎn)檢修容易。
  i)成本要低，所選用的材料能保證充分供應(yīng)。
    這是研制開發(fā)無鉛焊料的方向，要做到滿足以上七點(diǎn)要求，有一定的難度。因此，對(duì)性能、成本均理想的綠色焊料的研制已成為研究的熱點(diǎn)。
2．3 影響無鉛焊接技術(shù)應(yīng)用的有關(guān)因素
    電子組裝焊接是一個(gè)系統(tǒng)工程，對(duì)無鉛焊接技術(shù)的應(yīng)用，其影響因素很多，要使無鉛焊接技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，還必須從系統(tǒng)工程的角度來解析和研究以下幾個(gè)方面的問題：
  a)元件：目前開發(fā)已用于電子組裝用的無鉛焊料，熔點(diǎn)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(nèi)部連接和引出端(線)也要采用無鉛焊料和無鉛鍍層。
  b)PCB：要求PCB板的基礎(chǔ)材料耐更高溫度，焊接后不變形，表面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。
  c)助焊劑：要開發(fā)新型的氧化還原能力更強(qiáng)和潤濕性更好的助焊劑，以滿足無鉛焊料焊接的要求。助焊劑要與焊接預(yù)熱溫度和焊接溫度相匹配，而且要滿足環(huán)保的要求。迄今為止，實(shí)際測(cè)試證明免清洗助焊劑用于無鉛焊料焊接更好。
  d)焊接設(shè)備：要適應(yīng)新的焊接溫度的要求，預(yù)熱區(qū)的加長或更換新的加熱元件、波峰焊焊槽，機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)裝置都要適應(yīng)新的要求，錫鍋的結(jié)構(gòu)材料與焊料的一致性(兼容性)要匹配。為了提高焊接質(zhì)量和減少焊料的氧化，采用新的行之有效的抑制焊料氧化技術(shù)和采用隋性氣體(例如N2)保護(hù)焊技術(shù)是必要的。
  e)廢料回收：從含Ag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—Ag合金又是一個(gè)新課題。
    所以，無鉛焊料的實(shí)用化進(jìn)程是否順利，與焊接設(shè)備制造商、焊料制造商、助焊劑制造商和元器件制造商四者間的協(xié)調(diào)作用有很大關(guān)系，其中只要有一方配合不好，就會(huì)對(duì)推廣應(yīng)用無鉛焊料產(chǎn)生障礙。目前，焊接設(shè)備制造商已經(jīng)開始行動(dòng)，正在推出或即將推出適應(yīng)無鉛焊料焊接的回流焊爐。
    此外，采用無鉛焊料替代Sn／Pb焊料在解決污染的同時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一系列新的問題。例如Sn／Pb系列焊料中，Sn與Pb對(duì)H、Cl等元素的超電勢(shì)都比較高，而無鉛焊料中Ag、Zn、Cu等元素對(duì)H、Cl的超電勢(shì)都很低，由于超電勢(shì)的降低而易引起焊接區(qū)殘留的H、Cl離子遷移產(chǎn)生的電極反應(yīng)，從而會(huì)引起集成電路元件短路。
    盡管當(dāng)前無鉛焊料的研究開發(fā)和應(yīng)用正走向深入研究階段，但根據(jù)世界各國的開發(fā)狀況來看，要在短時(shí)間內(nèi)研制出使用性能超過Sn—Pb共晶焊料的高性能的無鉛焊料是一件困難的事情。全面考慮成本、性能的新型無鉛焊料標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，其測(cè)試方法和性能綜合評(píng)定方法也有待于在繼續(xù)的研制及應(yīng)用過程中得以解決，還有許多工作要做。但是焊接材料的無鉛、無毒化方向已定，沒有別的選擇，只有行動(dòng)起來，投身到研究、開發(fā)、推廣應(yīng)用無鉛材料的行列中去，為推動(dòng)我國無鉛焊料的開發(fā)和應(yīng)用，為地球村的環(huán)境保護(hù)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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