RoHS & Lead Free对PCB之冲击
于2006年7月1日起欧盟开始实施之RoHS立法，虽然欧洲与j本PCB厂商已展开各项Lead Free制程与材料切换，并如火如荼的进行测试。但若干本土的PCB厂因主要订单在美商，基于成本的考量，仍采取观望的态度。但如果不正视此问题，一旦美系OEM、EMS大厂决定跟进，必将措手不及衍生出诸多问题，可能的冲击不可等闲视之。
▲FR-4树脂、铜箔、焊料与背动元件彼此存在热胀系数之差异，其中树脂Z方向的热胀系数高达60ppm/℃，与其它三者差异甚大。
由于锡铅焊接之组装方式已沿用40年以上，不但可靠度佳且上至材料下至制程参数与设备均十分成熟，且过去发生的信赖性问题与因应对策已建立完整的资料库，故发生客诉时，可迅速厘清责任归属。但进入Lead Free时代，从上游材料、PCB表面处理、组装之焊料、设备等与以往大相迳庭，且大家均无使用的经验值，一旦产生问题，除责任不易归属外，后续衍生丢失订单、天价索赔的问题可能层出不穷，故不可不慎。
Lead Free组装通用的焊料锡银铜合金（SAC），其熔点、熔焊（Reflow）温度、波焊（Wave Soldering）温度分别较锡铅合金高15℃35℃以上，几乎是目前 FR-4板材耐热的极限。再加上重工的考量，以现有板材因应无铅制程存在相当的风险。
有监于此，美国电路板协会（IPC）乃成立基板材料之委员会，针对无铅制程的要求订定新规范。然而，无铅时代面临产业上、下游供应链的重新洗牌，委员会各成员基于其所代表公司利益的考量，不得不作若干妥协。最后协调出的版本，似乎尽能达到最低标准。因此，即使通过IPC规范，并不代表实务面不会发生问题，使用者仍需根据自身的需求仔细研判。
以新版IPC-4101B而言，有几个重要参数：
Tg（板材玻璃转化温度）：可分一般Tg（110℃150℃），中等Tg（150℃170℃），High Tg （＞170℃）以上三大类。
Td（裂解温度）：乃以「热重分析法」（Thermal Gravity Analysis）将树脂加热中失重
5％（Weight Loss）之温度点定义为Td。Td可判断板材之耐热性，作为是否可能产生爆板的间接指标。IPC新规范建议因应无铅焊接，一般Tg之Td ＞310℃，Mid Tg之Td＞325℃，High Tg之Td＞340℃。
▲在组装之波焊过程，无铅焊料因过于僵硬，容易产生局部龟裂或将铜环从板面拉起造成局部扯裂的状态。
■Z轴CTE，α1、α2
CTE为热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion）的简称。PCB在X.Y.方向受到有玻纤布的钳制，以致CTE不大，约在1215ppm/℃左右。但板厚Z方向在无拘束下将扩大为5560ppm/℃。Z轴CTE采「热机分析法」（Thermal Mechanical Analysis简称TMA）量测板材Tg以内的热膨胀系数（α1-CTE），及Tg以上的热膨胀系数（α2-CTE）。目前α1-CTE之上限为60ppm/℃，而α2-CTE之上限为300ppm/℃。其中α2-CTE更受重视。
因为PCB通孔及焊垫中铜的CTE约为1618ppm/℃，与α2-CTE的差距过大容易引起通孔中孔环的断裂（Crack）、铜环自板材拉起、局部扯裂或爆板分层（De-lamination）的情况。另外，50℃260℃之Z轴整体CTE亦很重要。以IPC 4101新规范，一般Tg之Z轴CTE上限为4％、Mid Tg为3.5％、High Tg则为3％。
■耐热裂时间（T260、T288、T300）
乃是以TMA法将板材逐步加热到260℃、288℃，或300℃之定点温度，然后观察板材在此强热环境中，能够抵抗Z轴膨胀多久而不致裂开，此种忍耐时间即定义为「耐裂时间」。目前新版IPC暂定一般Tg：T260为30分钟、T288为5分钟，Mid Tg：T260为30分钟、T288为5分钟，High Tg：T260为30分钟、T288为15分钟、T300为2分钟。
过去一般人的认知，材料的耐热性往往以Tg为指标，Tg愈高则耐热性愈佳。不少OEM、ODM 的设计工程师亦陷入此迷思。事实上，此观念不尽正确。因为传统的FR-4基材乃以Dicy当硬化剂，而Dicy因含极性，其吸湿性高，虽然Tg高其耐热性未必良好。
▲由传统FR-4板材制作的多层板，因不耐高温热冲击，产生树脂与铜箔分离的现象，俗称分层或爆板。
而针对无铅制程开发的基材，因不使用Dicy作硬化剂，虽然一般或中等Tg亦可达到甚佳的耐热效果。因此，研判耐热性的好坏，以Td及耐热裂时间（T260、T288、T300）较Tg更为贴切。
除此之外，由于PCB及铜箔基板之绝缘层由树脂与玻璃布所构成，当在高电压状态，通孔与通孔、线路与线路、线路与通孔间形成一个电场。而PCB湿制程甚多，水分中或板面因清洁不良残留的电解质可能经由钻孔产生之微裂缝（Micro-crack）顺著玻璃纱（Filament）的方向迁移产生短路，造成绝缘失效，此现像称为CAF（Conductive Anodic Filament）。如果板材的吸湿性低，可降低CAF发生的机率。
总之，在无铅焊组装的冲击下，PCB业面临严苛的挑战。使用传统FR-4基材，因已达材料特性的极限，非常可能发生板弯翘、爆板（De-lamination）、孔环断裂、孔壁树脂内缩、微短路、CAF等信赖性问题。宜慎选技术、质量与商誉佳的基材供应商，及早共同研拟Lead Free 解决方案，才不致落入穷于应付的窘境。
▲以TGA法将树脂加热失重5%，测得之温度即为裂解温度 Td。Td为基材是否能通过无铅焊接之重要指标。
▲以TMA法将基材加热至特定温度，能抵抗Z轴热胀不致裂开的时间，亦为基材能否通过无铅焊接的重要指标。
▲基材在吸水后，产生CAF绝缘失效的现象。
▲通孔与通孔、通孔与线路、线路与线路三种典型CAF绝缘失效的现象。
无铅标准的进展
Thomas Newton, David Bergman, Jack Crawford - IPC
欧盟（EU）的RoHS指令（禁止在电子和电气设备中使用六种有害物质的指令）已经生效，然而故事远没有到结束的时候。铅金属是受 RoHS指令禁止的六种材料中最基本和研究最透彻的一种物质。在电子组装中，铅可能出现在器件的引脚表面，也可能出现在印制板的焊盘上，或者用于形成焊点的合金材料中。更改一种焊料合金成分往往需要对器件材料和工艺同时进行修改，以保证电子产品制造的可靠性。电子互连行业承认标准（规范）是实施RoHS的基础，其他相关材料限制规范也已经在世界各地广为生
效。
电子行业已经从他们的经历中学到了很多，这能够帮助带动面向巨大变革的标准化进程。即便是积累
了多年的经验，挑战依然存在。
有些挑战是来自立法上的。欧盟成员依然在对这个指令的实施进行不屈的抗争。在试图回答由法规引起的一系列问题，以及之后需要提供各种指导性文字（不同的语言）去回答这些问题方面，依然还存在着理解上的分歧……多轮豁免项目已经得到认可，相关的讨论也在继续中。欧盟RoHS指令对全球电子互连供应链的影响比预期的要大得多。可用性信息在继续增多，然而许多企业仍然不清楚法规对他们是
否有效。
帮助全行业了解标准化信息是IPC使命的一部分。以下提供了一些新的标准和修订的标准的信息，目的在于帮助行业达到RoHS的要求，更有效地在全球市场竞争中取得有利的地位。
器件标准
器件和工艺兼容性是一个首要的关注点，因为无铅合金往往需要更高的熔点温度。铅锡合金在183°C就能熔化，典型工艺温度窗口在205-220°C；而通常无铅合金，如SnAgCu (SAC 305)，需要在217°
C才能熔化，典型工艺温度窗口在230-250°C。
更好的工艺温度要求器件供应商对潮敏器件（MSD）的等级进行调整。IPC/JEDEC J-STD-020标准“Moisture/ Reflow Classification for Non-hermetic Solid State Surface Mount Devices”，已经就无铅工艺带来的需求变更做了相应的修订。目前修订的文件J-STD-020中，特别规定了潮敏等级（MS L）测试是根据器件的厚度和数量来进行的，并且将某些器件的MSL测试温度调高到260°C。
相关的 IPC/JEDEC J-STD-033 标准文件“Handling, Packing, Shipping and Use of Moisture/Refl ow Sensitive Surface Mount Devices”，提供给器件制造商和用户有关使用、包装、运输的标准化方法，以及如何根据J-STD- 020标准规定的潮敏等级MSL来使用潮敏SMD元器件。这些提供的方法能够避免因回流焊温度给潮敏器件可能带来的损害，而这些损害会导致产品的质量和可靠性问题。它还提供了对超过规定存放时间的器件如何进行烘烤处理的建议。同时它规定，从封装之日起，在真空干包装袋中的器件最多只能存放12个月，超过时限必须进行相关处理。 IPC/JEDEC J-STD-033 中相关标准的使用
将为用户提供更多的安全无损的回流焊效果。
IPC/EIA J-STD-002 标准文件“Solderability Tests for Component Leads, Terminations, Lugs, Terminals and Wires”，已经进行了更新，包括针对无铅器件引脚镀层的新的可焊性测试规定。
很多器件制造商已经将器件引脚镀层从铅锡合金转为纯锡或高纯度锡（>95％锡含量）的无铅镀层。这些镀层引发了关于锡须问题。关于锡须的存在，很多研究机构都进行了积极地研究。然而，为了对各种研究进行可行的比较，急需建立一个加速锡须生成的标准测试方法。同时，制造商们需要标准的测试方法去评估采用锡镀层器件的效果。IPC和JEDEC已经开发出对锡须进行测试的标准化方法。JEDEC已
经发布了JESD22A121标准文件“Test Methods for Measuring Tin W hisker Growth on Tin and Tin Al loy Surface Finishes”，其中对锡须加速测试和定义如何检查锡须的测试条件进行了规定。
得益于IPC的成果，JEDEC出版了第二份标准——JESD 201“Environmental Acceptance Requireme ntsfor Tin Whisker Susceptibility of Tin and Tin Alloy Surface Finishes”。这份关于接受标准
的文件将和已经出版的测试方法文件同时使用。
最后，JEDEC和IPC共同编写的JP002标准“Current Tin Whiskers Theory and Mitigation Practi ces Guideline” 已于2006年3月正式发布。这份指导文件是迄今为止对锡须问题最完善的描述。用户最终能够从一个完善的知识库中获得有益的信息，包括上面所讲的两份JEDEC的规范以及共同出版的指导性文件。这是一份不断更新的指导文件，根据相关数据的增加和合并情况会进行频繁的修订。我们相信，最终文件上的“mi t i g a t i o n”（减轻）一词将更换为“elimination”（消除），而文件的名称“guideline”(指导书)也将转换为“specification”（规范）。然而，每一个参加修订工作的人员都清楚，要实现最终的“specification”（规范）目标还需要很长的一段时间。
印制板设计规范
许多公司都在询问，IPC设计规范是如何根据无铅焊接的要求进行更新的，尤其是SMT焊盘类型的设计形状。回答是IPC不会修改设计规范，即便是因为无铅而产生的需求。在IPC-7351A“Generic R equ irements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard”标准中很清楚地表明，无论是铅锡还是无铅焊接，表面贴装都将采用同样的焊盘设计。采用IPC-7351A标准，在SMT上无铅和铅锡焊接没
有任何区别，所以就没有必要再作尺寸上的修改。
丝网制作
新的修正版本即将发布，届时将采用I P C - 7525A“Stencil Design Guidelines”标准为无铅工艺提供相关建议。作为通用的设计指南，丝网开口尺寸将与板子焊盘的尺寸相当接近，这是为了保证在焊接后整个焊盘拥有完整的焊锡。弧形的边角设计也是可以接受的一种，因为相对于直角的设计，它更
容易解决焊膏粘连的问题。
光板规范
对于印制板表面处理来讲，制造商有很多可能的选择，而且几乎所有的选择都会使用到无铅组装中去。这些镀层是根据应用的需要和企业的喜好来选择的。无铅焊锡热风整平（Hot air, lead free sol der leveling ；HASL），浸锡（immersion tin），浸银（immersion silver），OSP(organic soldera bility preservative) 和ENIG（electroless nickel / immersion gold）等各种方式已经被成功用于无铅组装中去。IPC已经发布了三个有关镀层的标准，分别是IPC-4552“Specification for Electroles s Nickel/ImmersionGold (ENIG) Plating for Printed Circuit Boards”ENIG的标准，IPC-4553 “Sp ecification for Immers ion Silver Platingfor Printed Circuit Boards”浸银的标准，以及有关浸锡的标准IPC-4554。序列中有关OSP的第四个标准IPC-4555也即将完成。IPC/EIA J-STD-003B“Solderab ility Tests forPrinted Boards”，也已经完成了针对无铅镀层光板可焊性测试的标准的更新。
无铅组装材料认证
IPC已经修订了一批与电子组装有关的材料的焊接标准。关于测试方法的更新正在进行中，对应文件是 J-STD- 004A“Requirements for Soldering Fluxes”；而文件IPCHDBK- 005“Guide to Solder Pa ste Assessment”则是对 J-STD-005“Requirements for Soldering Pastes”支持和应用方面的标准文件，并集成了无铅材料的具体信息；标准文件 J-STD-006“Requirements for Electronic Grade Solde r Alloys and Fluxed and Non-Fluxed Solid S olders”集成了大量的无铅合金数据，包括一张最新IS O认可合金与在J-STD-006B定义的合金之间关联的对照表。
无铅组装标准
IPC什么时候对无铅组装要求给出标准？答案是：去年！IPC-A-610D and IPC J-STD-001D包含了对无铅焊接的要求。基础层面上，在焊点润湿和成型方面没有太多的差异；然而，在外观上确实还是存在一些差别的。通常，可接受的无铅焊点与铅锡焊点呈现相似的外观，但是无铅合金焊点往往具有更加粗糙的表面（灰暗或者钝化），有明显的冷却线（cooling lines）以及潜在的不同润湿分布。无铅焊点经常具有更大的接触角，但需要强调的是，90o 的焊角需求与铅锡焊点是没有差异的。
无铅焊点有一些独特的可接受特性，比如焊脚翘起 (从焊点的底部到焊盘的表面分离)，比如热断裂或者收缩孔。还有需要考虑的是，虽然目前仍然没有明确的数据可以表明空洞和连接失效之间的明确关系，但事实上BGA的空洞现象增加会带来一些潜在的产品可靠性风险。
无铅标签
现存的用于标识无铅器件和无铅焊接的IPC和JEDEC标签标准是JESD97“Standard for M arking, S ymbols and Labeling for Lead-free Assemblies and Components”和IPC 1066“Standard for Lead-Free Labeling”。IPC-1 0 6 6 不仅含有无铅标签的信息，而且包括对无卤素(Halogen Free，HF) 和涂覆材料的标签要求。这些标准正在被整合到新的标准J-STD-609中去。
敷铜层压
无铅制造往往需要更高的工艺温度。多年来，器件制造商们发现，由于更高温度的需求，他们的产品已经被拉到了极限的边缘。经过艰巨的标准化工作，大多数器件供应商看起来已经能够适应无铅焊接提出的更高温度的要求。接下来的几年，PCB制造商们开始去了解他们现有的敷铜层压(CCL)技术是否能够
在更高的工艺温度下幸存。
2006年6月12日,IPC发布了IPC-4101B“Specification for Base Materials for Rigid and Mult ilayer Printed Boards”标准。这个修订版含有6种与CCL相兼容的FR4无铅组装材料特性表。由于更高的工艺温度，无铅CCL特性需要在热阻抗，Z轴方向的延伸以及层间支持方面做出改善。有一些新
的测试方法去评估这些更高要求的特性。
这些新的材料文件包括了与无铅组装兼容的FR4基材相关的新的特性表。这些特性给出了一些现有F R4基材所不具有的认证和周期性确认需求，包括Td (分解温度)，分层时间 (T260, T288, T300)和Z方向的热膨胀系数。这些新的等级材料，在热性能和物理性能方面更加强大，更适合无铅组装并提供了更宽的工艺窗口。具体的信息可见下面不同材料的特性清单：
IPC-4101B/99 高 Tg FR-4, inorganic fillers,brominated flame retardant
IPC-4101B/101 低 TgFR-4, inorganic fillers, brominated flame retardant
IPC-4101B/121 低 Tg FR-4, no fillers, brominated flame retardant
IPC-4101B/124 高 Tg FR-4, no fillers, brominated flame retardant
IPC-4101B/126 极高 Tg, inorganic fillers, brominated flame retardant
IPC-4101B/129 极高 Tg, no fillers, brominated flame retardant
这些特性表拥有共同的关键字“无铅FR4”。那么其他FR4材料可以用于无铅组装吗？回答是可以。还有除了 FR4材料之外的其他基材可以用于无铅组装吗？回答也是可以。IPC总是采取“最适合使用”的观点去评价特定的基材。有一点是明确的，目前有更多的厂家关注在层压材料上。IPC将继续在CCL 领域进行研究和标准化工作。而且最近在CPCA团体的帮助下，IPC-4101B已经被翻译成中文发行。
电气性能
PCB材料在提高热阻抗能力的同时可能改变电气性能。无铅组装的需求可能引起PCB聚合物的敏感变化， PCB特性设计特别是某些为高速性能设计的PCB，其采用常规环氧材料所要求的最大电子性能发挥会受到影响。任何为无铅应用所采用的新型层压材料设计必须进行电容率或介电常数(Dk or εr) 以及耗散因数或损耗因数(DF or tan δ)测试，以便量化电气设计调整需求。IPC-4101B在它的特性表中列
出了对层压材料电气特性的需求。
材料声明
许多用户已经开始要求他们的供应商汇报材料的无铅应用情况，以便提高他们产品的名声。一份份不同格式的材料信息收集和分发表格给供应商团体带来了令人生畏的挑战。
IPC开发了IPC-1752标准“Materials Declaration Management”，是一份用来告诉人们如何去进行
声明的标准规范。该标准参照了RoHS指令以及其他行业标准有关如何进行报告的标准格式。
IPC-1752标准版本1.1是一份采用了Adobe格式技术的PDF文件。这种技术允许对PDF文件进行内容增加和提取。标准包括：法人需求的相关信息；供应商信息和部件信息。声明的方式可以是非常简单的“是，我们的产品是 RoHS符合的”，也可以是非常综合和全面的，100%按照指令要求进行声明。表格还有一些选项，包括：基本的有关制造商需求的信息，例如最大的回流焊温度；一些法律上的声明，如公司的法律上符合声明；具备数字签名能力，以便使表格具有法律约束力。
IPC有理由相信，当IPC-1752实施后，电子制造商们将不会再遭受因各公司各种不同的材料声明表格给他们带来的巨大压力。同时，各个公司的需求数据也会根据标准的规定，通过不同的选项被分解成不同的需求层次和范围。IPC-1752应该能够减少RoHS符合过程中的成本和复杂性，同时提高数据的质
量，减少相应的处理时间。
１ 引言 一直以来，铅锡合金作为电子工业的主要封接材料，在电子部件装配上占主导地位。然而铅及铅化合物属剧毒物质，对人体及牲畜具有极大的毒性。尤其是近年来随着人们环保意识的增强和对于自身健康的关注，铅污染越来越受到人们的重视。 ２００３年７月１３日，欧盟正式颁布ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令，并明确要求其所有成员国必须在２００４年８月１３日以前将此指导法令纳入其法律条文中。该法令严格要求在电子信息产品中不得含有铅、汞、镉（ｃａｄｍｉｕｍ）、六价铬（ｈｅｘａｖａｌｅｎｔ ｃｈｒｏｍｉｕｍ），多溴联苯（ｐｏｌｙｂｒｏｏｍｉｎａｔｅｄ ｂｉｐｈｅｎｙｌｓ ＰＢＢ）及多溴二苯醚（ｐｏｌｙｂｒｏｍｉｎａｔｅｄ ｄｉｐｈｅｎｙｌｓ ｅｔｈｅｒｓＰＢＤＥ）。 严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅焊接提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。但在工艺方法上，无铅焊料还存在很多缺点和不足，急需解决。 目前，国内关于无铅焊料和无铅钎料的专利共有６９条，从中可以看出我国自己的专利申请速度在不断加快。多数专利是在主要元素基础上，通过添加微量元素来改善焊料的性能，但有的专利由于组元太多，在生产中会产生困难。同时，尽管现在有很多专利，但是这些专利范围的成分还没有达到最佳性能，不能满足所有要求。 ２ 无铅焊料的三大弱点 自欧盟颁布ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令以来，世界各国 电子封装用无铅焊料的最新进展 黄卓１，张力平２，陈群星２，田民波１ （１．清华大学 材料科学与工程系，北京 １０００８４； ２．振华亚太高新电子材料有限公司，贵州 贵阳 ５５００１８） 摘要：随着ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ法令的颁布，电子封装行业对于无铅焊接提出了更高的要求。根据国际上对无铅焊料的最新研究进展提出了无铅焊料“三大候选”的概念。总结了目前无铅焊料尚存的三大主要弱点，并对国际上推荐使用的几种无铅焊料的优缺点进行了概述。 关键词：无铅焊料；候选焊料；熔点；稳定性 中图分类号：ＴＮ３０５．９４ 文献标识码： Ａ 文章编号：１００３－３５３Ｘ（２００６）１１－０８１５－０４ Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｅａｄ－Ｆｒｅｅ Ｓｏｌｄｅｒ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ＨＵＡＮＧ Ｚｈｕｏ１， ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｐｉｎｇ２， ＣＨＥＮ Ｑｕｎ－ｘｉｎｇ２， ＴＩＡＮ Ｍｉｎ－ｂｏ１（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４， Ｃｈｉｎａ； ２． ＺｈｅｎｈｕａＡｓｉａ－Ｐａｃｉｆｉｃ Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００１８， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｏｆ ＷＥＥＥ／ＲｏＨＳ， ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｒａｉｓｅｄ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｊｏｉｎｔｉｎｇ． Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ ｗｅｒｅ ｂｒｏｕｇｈｔ ｆｏｒｗａｒｄａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎ ｗｅａｋｎｅｓｓｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ ｂｅｉｎｇ ｕｓｅｄｎｏｗａｄａｙｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ， ａｎｄ ａ ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ａｓ ｗｅｌｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌｅａｄ－ｆｒｅｅ ｓｏｌｄｅｒ； ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｓｏｌｄｅｒ； ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ； ｓｔａｂｉｌｉｔｙ 基金项目：国家“８６３”计划引导项目（２００２ＡＡ００１０１３） Se mi con duc to r Tec hno log y Vo l. 31 No. 11 No ve mbe r 2006815
无铅焊料的发展是由于人们认识到生态环境的重要性以及人的身体健康而发展起来的，其大致可以分为以下几个阶段： (1)无铅焊料的提出阶段 1991年和1993年，美国参议院提出“Reid Bill”，要求将电子焊料中铅含量控制在0．1％以下。由于当时所有的电子产品都离不开有铅焊料，有铅焊料发展得相当成熟，而在那时人们对生态环境的保护意识还不够，对铅对人体损伤的认识不足，因而没有受到重视。 (2)无铅焊料的发起阶段 从1991年起NEMI、NCMS、NIST、Drr、NPL、PCIF、ITRI、JIEP等组织相继开展无铅焊料的专题研究，耗资超过2 000万美元，目前仍在继续。 (3)无铅焊料的运用阶段 在1998年10月，第一款批量生产的无铅电子产品Panasonic MiniDisc MJ30问世。20世纪90年代中叶，日本和欧盟作出了相应的立法：日本规定2001年在电子工业中淘汰铅焊料，在2004一年禁止生产或销售使用有铅焊料焊接的电子生产设备；而欧美在2006年禁止生产或销售使用有铅材料焊接的电子生产设备，但是由于无铅焊料还存在技术上的原因，有可能到2008年才能实现电子产品无铅化。 2.无铅焊料的技术要求 无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征，具体目标如下： （1）熔点低，合金共晶温度近似于Sn63/Pb37的共晶焊料相当，具有良好的润湿性；（2）机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能； （3）热传导率和导电率要与Sn63/Pb37的共晶焊料相当，具有良好的润湿性； （4）机械性能良好，焊点要有足够的机械强度和抗热老化性能； （5）要与现有的焊接设备和工艺兼容，可在不更换设备不改变现行工艺的条件下进行焊接。（6）焊接后对各焊点检修容易； （7）成本要低，所选用的材料能保证充分供应。 3.常见的无铅焊料及特性 最有可能替代Sn/Pb焊料的无毒合金是Sn为主，添加Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In等金属元素，通过焊料合金化来改善合金性能提高可焊性。 目前常用的无铅焊料主要是以Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi为基体，添加适量其它金属元素组成三元合金和多元合金。 （1）Sn-Ag系 锡银系(Sn96.5-Ag3.5)焊料作为锡铅替代品已在电子工业使用了多年。它的状态图如图3.9所示，共晶温度为221℃，与单村的共晶合金状态图相比（图3.8），Ag含量超过50％的成分范围比较复杂。在75％Ag含量附近有一个纵长的区域，写着Ag3Sn，在此成分和温度区域内，Ag3Sn能够稳定地存在。仔细看可以发现，在这个Ag3Sn区域的左侧与二元共晶状态图相似。在Sn和Pb二元合金的情况下，Sn和Pb结晶彼此都能在某种程度上固溶对方的元素，然而Sn中几乎不能固溶Ag。也就是说，所形成的合金组织是由不含银的纯β-Sn 和微细的Ag3Sn相组成的二元共晶组织。 图3.9 添加Ag所形成的Ag3Sn因为晶粒细小，对改善机械性能有很大的贡献。随着Ag含量的增加，其屈服强度和拉伸强度也相应增加。从强度方面来说，添加1-2％以上的Ag就能与Sn-Pb共晶焊锡相同或者超过它。添加3％以上的Ag，强度值显著比Sn-Pb共晶焊锡要高，但超过3.5％以后，拉伸强度相对降低。这是因为除了微细的Ag3Sn结晶以外，还形成
1.权责: 1.1仓库负责成品数量、料号等核对签收及搬运、储存并通知品管部FQC做 成品检验。 1.2品管部FQC负责成品检验及异常反应。 2.作业内容: 2.1收料程序: 2.1.1制造部作业内容:制造部负责产品下线前之外观特性全检,按“厂内生产专用图面”要求包装,外箱须加贴RoHS标签后开立成品送检单,单据上须注明客户、料号、数量、品名、制造单位、生产单号、生产日期,经IPQC确认后方可交货。 2.1.2仓库收料员核对成品送检单收料 2.1.3收料员核对单据(客户、料号、数量)与送来之实物是否吻合,如有不符合 者于单据上注明,并通知生产线别处理。 2.1.4经核对无误后,将成品放至成品待检区, 将单据传至品管部通知FQC作成品检验。 2.2检验程序: 2.2.1检验前以单据上之客户、料号找出厂内生产专用图面。 2.2.2 FQC品检员先核对客户、料号、数量、品名、外箱标签及条码与实物是 否相吻合,无误时再进行抽验,抽检箱数如下: 箱数抽验箱数 2-10 2 11-25 3 26-50 4 51-80 5 80以上7 2.2.4依据厂内生产专用图面之要求进行检验,并记录10PCS之特性测试值及尺寸 之PIN长、排距于检查成绩表上。外观、无铅制程要求不作记录,只于检查 成绩表中分项判定栏中判定即可。 A.不论判定结果如何, 一律交经品管主管或副理签核后方可将产品作 入库或退货作业。 B.所有判定结果皆以品管副理判定为准,但如有误判或争议时,所 有品管部人员皆有义务提出,以确保产品之品质水准。 2.3 定义: 2.3.1缺点分类: A.严重缺点: 可能危害人身安全或影响公司商誉之缺点。 B. 主要缺点: 主要特性功能不符合SPEC之要求及不能达成品制品之使用目的。 C. 次要缺点: 不至于降低产品原有之功能或目的的其它缺点。 2.3.2抽样及判定依据:
目录 0版本修改记录02 1.目标和目的03 2.有效性或范围03 3.职责03 4.技术术语和缩略语03 5.程序描述04 6系统更新09 7其他相关文件09 8表单09 9文件存档09 版本修改记录
1. 目标和目的： 依据锡膏的规格书及锡膏的特性明确锡膏的贮存、使用和管理方法；确保锡膏有效使用，保证产品焊接质量。 2. 有效性或范围：
本规定所订定标准,适用于本公司所有型号为：M705-S101ZH-S4的千住无铅锡膏。 3. 职责： 3.1仓库负责锡膏的入库、存储、发放、锡膏资料审核保存； 3.2生产人员负责锡膏的领用； 3.3质量人员负责锡膏的使用过程监督； 3.4工程人员负责文件的定义、设备流程正常运转。 4.技术术语和缩略语： 4.1SAC305：锡、银、铜三种金属的百分比分别是：Sn96.5%\Ag3.0%\Cu0.5%； 4.2 RoHS：RoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准，它的全称是《关于限制在电子电器 设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances)。 5. 程序描述 5.1流程图
图1 作业流程图 5.2锡膏的验收： 5.2.1仓库收料时，必须检查锡膏厂商及型号为：千住Senju(无卤锡膏)-SMIC M705-S101ZH-S4(Sn96.5% Ag3% Cu0.5%)，瓶装为500g、粉红色瓶，如有异常，由检验人员联系质量工程师确定是退料还是正常入库使用（锡膏标签内容见图2）； 5.2.2 仓库收料时，确认收料日期在锡膏生产日期延后3个月内，并含有ROHS检测报告和粘 度检测报告； 5.2.3 验收时确认外包装无破损，容器内有均匀分布多处冰袋，且冰袋无破损、功能未失效， 可简单感知内部温度大约在0-10℃之间，否则拒收； 图2 容器标签内容
S M T印刷检验标准 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
锡膏印刷检验规范
standards 东莞光虹电子有限公司文件编号GH/DZ-W-005 生效日期2015/4/15 版本/版次A/0 页码1/3 项目判定说明图示说明备注 1.CHIP 料1.锡膏印刷无偏移 2.锡膏量.厚度符合要求 3.锡膏成型佳.无崩塌断裂 4.锡膏覆盖焊盘90%以上 标准 1.钢网的开孔有缩孔,但锡膏 仍有85%覆盖焊盘. 2.锡膏量均匀 3.锡膏厚度在要求规格内 允收 1.锡膏量不足. 2.两点锡膏量不均 3.锡膏印刷偏移超过15%焊盘 拒收锡膏印刷检验标准 Solder paste printing inspection standards 编制：李盆玉审核： 批准： 东莞光虹电子有限公司文件编号GH/DZ-W-005 生效日期2015/4/15 版本/版次A/0 页码2/3 项目判定说明图示说明备注
元件 1.锡膏无偏移 2.锡膏完全覆盖焊盘 3.三点锡膏均匀 4.锡膏厚度满足测试要求标准 1.锡膏量均匀且成形佳 2.有85%以上锡膏覆盖焊盘. 3.印刷偏移量少于15% 4.锡膏厚度符合规格要求 允许 1.锡膏85%以上未覆盖焊盘. 2.有严重缺锡 拒收 锡膏印刷检验标准 Solder paste printing inspection standards 编制：李盆玉 审核： 批准： 东莞光虹电子有限公司文件编号GH/DZ-W-005 生效日期2015/4/15 版本/版次A/0 页码3/3 项目判定说明图示说明备注
- 5 - 电子产品中的无铅焊料及其应用与发展 苏佳佳1,2，文建国2 （1.广东工程职业技术学院，广州 510520；2.广东工业大学，广州 510006） 摘 要：由于传统焊接技术使用的Sn-Pb 焊料中的铅会对环境造成污染而被禁止使用，近年来无铅焊料成为了研究热点。文中介绍了运用于电子产品中的无铅焊料的发展背景、特点及要求。根据应用温度不同，无铅焊料可以分为低温、中温和高温无铅焊料。文章综述了它们各自的应用特点、场合及存在的问题和发展前景。 关键词：无铅焊料；锡银合金；锡锌合金；锡铋合金 中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1681-1070（2007）08-0005-04 Application Feature and Development of Lead-Free Solders Used in Electronical Product SU Jia-jia 1，2 , WEN Jian-guo 2 （1. Guangdong Polytechnic College , Guangzhou 510520, China ;2. Guangdong University of technology , Guangzhou 510006, China ） Abstract: Due to the destroyed to environment, the solders of Sn-Pb which have been used in traditional welding technology are forbidden. And the lead-free solders have been extensively research in these years. In this paper, the developing-background, feature and requirement of lead-free solders which used in electronic product were introduced. According to the application temperature, the solders have three types, which are low-temperature, mid-temperature and high-temperature. And their application features, fields and existing problems were presented respectively. The development of lead-free solders was also described.Key words: lead-free solder; S n-Ag; Sn-Zn; Sn-Bi 收稿日期：2007-05-11 1 引言 焊料从发明到使用，已有几千年的历史。Sn-Pb 焊料以其优异的性能和低廉的成本，得到了广泛的使用。但是，铅及其化合物属于有毒物质，长期使用会给人类生活环境和安全带来危害。因此，限制铅使用的呼声越来越高，各个国家已积极通过立法来减少和禁止铅等有害元素的使用。20世纪90年代初，美国国会提出了关于铅的使用限制法案（HR2479-Lead Based Paint Hazard Abatement Trust Fund Act ，S-1347-Lead Abate-ment Trust Fund Act ，S-729-lead Exposure Reduction Act ），并由NCMS （the National Center for Manu facturing Sciences ）Lead Free Solder Project 等进行无铅焊料的研究开发活动。目前，研究替代Sn-Pb 焊料的无铅焊料主要集中在Sn-Ag 、Sn-Bi 、Sn-Zn 几种合金焊料上[1]。 2 无铅焊料的特点 理想的无铅焊料最好与原来的Sn-Pb 共晶焊料有相同或相近的性能，比如具备低熔点，能像纯金属那样在单一温度下熔融、凝固，具有与Sn-Pb 相同的熔融温度范围、良好的接合性能和浸润性等。对于
用于低温封接的无铅低熔点玻璃粉 2011-11-05 21:01 一、项目简介 低熔封接玻璃是一种先进的焊接材料。该材料具有较低的熔化温度和封接温度，良好的耐热性和化学稳定性，高的机械强度，而被广泛应用于电真空和微电子技术、激光和红外技术、高能物理、能源、宇航、汽车等众多领域，实现了玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互封接。应用的产品有阴极射线管显示器、真空荧光显示器、等离子体显示器、真空玻璃、太阳能集热管、激光器、磁性材料磁头和磁性材料薄膜等。 当前使用的低熔封接玻璃中常含有Pb、Cd、Hg等重金属，尤其是金属Pb，例如在当前彩色显像管屏与锥封接用玻璃粉中PbO的含量高达70(wt)%，这类产品中含有的重金属会对环境和人体造成严重危害。一方面，含铅高的玻璃化学稳定性差，使用后废弃的玻璃遇到水、酸雨及大气等的侵蚀，铅离子会逐渐溶出，易导致地下水质的严重污染，对人的生命安全，尤其对儿童的大脑发育会带来严重的威胁。另一方面，在铅玻璃的生产中，由于配料过程的飞扬和玻璃熔制过程中的铅挥发常对生产工人及环境造成危害，需要大量的人力、物力和财力进行综合治理。现在，人类的环保意识越来越强，无铅等无公害封接玻璃及其产品，将会得到越来越多消费者的青睐。 该项目拥有数项国内专利技术，可以生产Bi2O3-B2O3-SiO2系统、 ZnO-B2O3-SiO2系统、ZnO-B2O3-BaO系统、V2O5-P2O5-Sb2O3系统、钒酸盐系统、磷酸盐系统等低温封接玻璃，可以满足企业不同产品的生产要求。二、经济效益 该项目可以根据市场的需求，生产所需系列的低温无铅封接玻璃粉，以年产10吨产量计算，所需原料可以方便地从市场上买到，一般的工厂都可以满足该项目水、电、人员的要求。该项目占地面积：500平方米，综合成本：50元/kg，预计售价：80元/kg。该项目投资少，见效快。 三、市场前景 无铅低温封接玻璃具有较高的附加值，国内需求量大，且属绿色环保型，因而市场前景好，综合效益明显。
无铅和有铅工艺技术特点对比表： 类别无铅工艺特点 有多种焊料合金可供选择，目前逐步同意为 Sn96.5Ag3Cu0.5(SAC305)；最好回流焊接和波峰焊接无论是何种焊接方式，焊料合金一焊料合金成分都选择同一款焊料合金。但是考虑到成本，许多厂家波直采用Sn63Pb37,不会对生产现峰焊接会选择Sn99.3Cu0.7焊料。对生产现场焊料合 金的使用造成混乱 焊料合金使用混乱，目前有人提倡使用Cu的质量分数 焊料合金单一混乱 焊料合 波峰焊接用的锡条和手工焊接用的锡线，成本提高2.7 xx焊料成本 倍。回流焊接用的锡膏成本提高约1.5倍 焊料合金熔点 温度 焊料可焊性 焊点特点 焊料/焊端兼容 焊端中不能含铅性无论是波峰焊/回流焊/手工焊接，能耗比有铅焊接多 能耗焊接能耗 10%~15%
设备需 回流焊求手工焊接炉体长 更换烙铁头度曲线调整的灵活性 不需要更换需要添加新的波峰焊机不需要(提升产能例外)能耗较低焊端中可以含铅差 焊点脆，不适合手持和振动产品好焊点韧性好温度高217℃ 温度低183℃焊料成本低在1%~2%的合金，但是市场上还没有此类产品场焊料合金的使用造成混乱有铅工艺特点设备温区数量要多，以增加调整回流温度曲线灵活性。也可以采用多温区的设备，增强温印刷/贴片机 水清洗工艺不需要更换，但是印刷/贴片精度要求更高 不建议使用不需要更换 可以使用工艺窗口小，温度曲线调整较难。焊点空洞难以消除。工艺窗口大，温度曲线调整较易。 回流焊接 焊点xx不好 焊接工 焊点xx较好，锡槽合金杂质含量艺 波峰焊接 频繁度加大，有可能生产现场需要检测仪器 检测仪器手工焊接烙铁头损耗加快 可以沿用有铅时用的板材，最好采用高Tg板材。采用
无铅焊技术的发展现状和发展趋势 摘要 在焊接技术的发展过程中，锡铅合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视。随着无铅焊接的逐步应用（这是大势所趋），越来越多的用户开始寻找合适的焊接工具与密管脚芯片返修设备。2006年7月起，进入欧盟市场的电子电气产品将禁用的有害物质包括：镉、六价铬、铅、汞、PBB（多溴联苯）和PBDE （多溴二苯醚）。我国也已制定了相应的法律法规，最后期限也是2006年7月。本文对无铅焊接技术做了主要的介绍。 关键词：焊料趋势工艺窗口设备 Abstract In the process of the development of solder alloys，tin lead has been the most high-quality，low-cost， whether the quality of welding welding materials or reliability of welding is used to achieve requirements，But，as the environmental protection consciousness， strengthen human "and" lead compounds for the harm to human body and pollution to the environment， more and more attention by humans. With the application of lead-free soldering gradually （this is inevitable）， more and more users start looking for the right tools and pipe welding equipment repair feet chips. 2006 July，into the eu market electric products will disable the harmful material include: hexavalent chromium， cadmium， lead，mercury，PBB （br） and PBDE （more spin bromine diphenyl ether）. China has formulated relevant laws and regulations， the deadline is July 2006. In order to make everyone to lead-free soldering have more understanding of lead-free soldering， this paper mainly introduces the doing.
1.0 目的: 此份文件被视为RD相关产品之无铅作业规范，针对现有锡铅制程产品即将转换无铅制程，与未来新产品开发与产品上所使用材料认证，均需通过此无铅作业标准与测试方法，以达到完全符合无铅化制程作业之品质保证与本公司对环境之承诺。 2.0 适用范围:本公司相关产品。 3.0 相关资料:产品限用物质(RoHS)管理规范 IPC/EIA/JEDEC J-STD-002B IPC/EIA/JEDEC J-STD-033A 4.0 通则说明: 4.1 无铅产品使用之零件，材料及生产过程，要求不违反RoHS 未来相关指令。 4.2 无铅产品层次及相关要求如下: 使用于产品锡条，锡线，锡膏含铅量需800ppm 以下。 使用于产品上材料含铅量需800ppm 以下。 成品含铅量需800ppm 以下。 ※本文所谓ppm 是指重量比，即1ppm=1mg/1kg。 4.3 后续新产品开发设计属于无铅制程，研发单位须依循无铅制程作业规范要求。 5.0 无铅焊锡合金: 5.1 无铅焊锡合金液态，熔解温度约217℃，必须在260℃时可用，因大多数电子零件能容忍的温度极限为 260℃，10s，避免零件和电路板焊接过程中损伤。 5.2 RD相关产品已经接受使用迴焊及手焊合金是:锡/银(3.0-4.0)/铜(0.5-0.9)。 5.3 所有焊接零件的端点，PIN 脚必须与合金相容，其过程详述于第7，8 章节焊接要求。 6.0 可接受焊接的完成表面: 6.1 零件于转移时期2005 年6 月1 日至2005 年9 月31 日的可接受焊接的表面的一般准则: 处于转移时期如果零件焊接表面已经被改变时这些零件必须符合一般锡铅制程及无铅制程锡/银 (3.0-4.0)/铜(0.5-0.9)之相容性。 6.2 零件已完全无铅化生产2005 年9 月1 日起的可接受焊接的表面的一般准则: ※锡铅镀层不被接受。 ※此时不同的无铅镀层是开放讨论及评估。 7.0 DIP 零件焊接要求: 7.1 沾锡性测试是评估符合无铅零件本身焊材，端点，PIN 脚于浴锡作业中之沾锡性要求，检验方法如下: 浴锡温度:235±5℃，浴锡时间:3~5 秒。 浸锡部份最少有95%的面积为新锡层所覆盖。 7.2抗焊接热能力测试，是评估零件本身与印刷电路板组装时，所承受热冲击对零件的可靠度要求，检验
一. 目的 为了使SMT的印刷效果满足工艺要求，确保回流炉后贴片PCBA的品质，制定此标准。 二. 范围 本标准参照IPC规范所制定，适用于本公司内部SMT工厂对印刷效果的判定，包括红胶工艺与锡膏工艺。 三. 判定标准内容 锡膏印刷判定标准 3.1.1 Chip 1608,2125,3216锡膏印刷标准 图 1 标准： 1.锡膏无偏移。 2.锡膏量，厚度均匀，厚度。 3.锡膏成型佳，无崩塌断裂。 4.锡膏覆盖焊盘90%以上。 图 2 合格： 1.钢网的开孔有缩孔但锡膏仍有85%覆盖焊盘。 2.锡量均匀。 3.锡膏厚度于规格要求内。 4.依此判定为合格。 图 3 不合格: 1.锡膏量不足。 2.两点锡膏量不均。 3.印刷偏移超過20%焊盘。 4.依此判定为不合格。
3.1.2 MINI(SOT)锡膏印刷标准 图 4标准： 1.锡膏无偏移。 2.锡膏完全覆盖焊盘。 3.三点锡膏量均匀，厚度 4.依此为SOT零件锡膏印刷标准。 图 5 合格: 1.锡膏量均匀且成形佳。 2.厚度合乎规格。 3.85%以上锡膏覆盖。 4.偏移量少于15%焊盘。 5.依此应判定为允收。 图 6 不合格: 1.锡膏85%以上未覆盖焊盘。 2.严重缺锡。 3.依此判定为不合格。 3.1.3 Diode,Melf,MelF,RECT陶磁电容锡膏印刷标准
图 7 1. 锡膏印刷成形佳。 2. 锡膏无偏移。 3. 厚度。 4. 如此开孔可以使热气排除，以免造成气流使零件偏 移。 5. 依此应为标准要求。 图 8 合格： 1. 锡膏量足 2. 锡膏覆盖焊盘有85%以上。 3. 锡膏成形佳。 4. 依此应为合格。 图 9 不合格: 1. 20%以上锡膏未完全覆盖焊盘。 2. 锡膏偏移量超过20%焊盘。 3. 依此判定为不合格。 3.1.4 LEAD PITCH=1.25mm 零件锡膏印刷标准 标准： 1. 各锡膏几近完全覆盖各焊盘。 2. 锡膏量均匀，厚度在。 3. 锡膏成形佳，无缺锡、崩塌。 热气宣泄道 锡膏印刷偏移超过20% 焊盘 W W=焊盘宽
无铅焊料的研究进展 姓名：张明康 学号：201130410367 学院: 材料科学与工程 专业：金属材料科学与工程
摘要 随着电子工业的飞速发展和人们环保意识的提高，电子封装行业对无铅焊料提出了更高的要求，本文综述了无铅焊料的研究现状，存在的问题，并重点阐述稀土元素对无铅焊料性能的影响。 关键词：无铅焊料，电子封装，稀土 ABSTRACT With the rapid development of electronic industry and the improvement of environmental awareness, electronic packaging industry, puts forward higher requirements on lead-free solder, lead-free solder was reviewed in this paper the research status, existing problems, and focus on the effect of rare earth elements on the properties of lead-free solder. Key words: Lead-free solder, electronic packaging, rare earth 1 前言 长期以来，铅锡焊料由于具有较低的熔点、良好的性价比以及已获得性，成为低温含量中最主要的焊料系列。但是由于所含铅的比例较高，给环境带来了严重的污染，近年来随着人们环保意思的增强和对健康的关注，铅的污染越来越受到人们的重视。欧盟RoHS及WEEE法令的颁布，严格要求在电子信息产品中不得含有铅等有毒元素。严格的禁铅条例使电子封装产业对无铅含量提出了更高的要求，已经成熟的锡铅焊料必须被性能相近或更高的无铅焊料所替代。世界各国都在对无铅焊料进行了大量的研究，无铅焊接技术也得到了较大的发展，但仍存在着许多问题。 2 无铅焊料的研究现状
有铅工艺和无铅工艺的区别 趋势 首先我们来看看有铅和无铅的趋势，随着国际环保要求逐步提高，无铅工艺成为电子产业发展的一个必然过程。尽管无铅工艺已经推行这么多年，仍有部分企业使用有铅工艺，但无铅工艺完全代替有铅这是一个必然的结果。但是无铅工艺在使用方面有些地方也许还不如有铅工艺，所以我们以后要研究的是如何让无铅工艺更好地替代有铅工艺。让rosh环保更广泛的普及，达到既盈利又环保的双赢目标。 现状 当前国内许多大公司也没有完全采用无铅工艺而是采取有铅工艺技术来提高可 靠性，在机车行业中西门子和庞巴迪等国际知名公司也没有完全采用无铅工艺进行生产，而是尽量豁免。 当前有许多专业也认为无铅技术还有许多问题有待于进一步认识，如著名工艺专家李宁成博士也认为当前的无铅工艺技术的发展还没有有铅技术成熟，如先前的无铅焊接采用的最多的Sn3Ag0.5Cu焊料合金，最近发现由于Cu的含量稍低，焊点可靠性有些问题，有人建议将Cu的质量分数提高到1%~2%，但是现在时常上还没有这种焊料合金的产品。同时无铅焊接的电子产品的可靠性数据远远没有有铅焊接生产的电子产品丰富。 比较 有铅工艺技术有上百年的发展历史，经过一大批有铅工艺专家研究，具有交好的焊接可靠性和稳定性，拥有成熟的生产工艺技术，这主要取决于有铅焊料合金的特点。 有铅焊料合金熔点低，焊接温度低，对电子产品的热损坏少；有铅焊料合金润湿角小，可焊性好，产品焊点“假焊”的可能性小；焊料合金的韧性好，形成的焊点抗震动性能好于无铅焊点。
无铅焊接工艺从目前的研究结果中摸索有可替代合金的熔点温度都高于现有的 锡铅合金。例如从目前较可能被业界广泛接受的“锡——银——铜”合金看来，起熔点是217℃，这将在焊接工艺中造成工艺窗口的大大缩小。理论上工艺窗口的缩小为从锡铅焊料的37℃降到23℃。实际上，工艺窗口的缩小远比理论值大。因为在实际工作中我们的测温法喊有一定的不准确性，加上DFM的限制，以及要很好地照顾到焊点“外观”等，回流焊接工艺窗口其实只有约14℃。 图：有铅工艺窗口和无铅工艺窗口对比 不只是工艺窗口的缩小给工艺人员带来巨大的挑战，焊接温度的提高也使得焊接工艺更加困难。其中一项就是高温焊接过程中的氧化现象。我们都知道，氧化层会使焊接困难、润湿不良以及造成虚焊。氧化程度除了器件来料本身要有足够的控制外，拥护的库存条件和时间、加工前的处理(例如除湿烘烤)以及焊接中预热(或恒温)阶段所承受的热能(温度和时间)等都是决定因素。 由于无铅焊接工艺窗口比起含铅焊接工艺窗口有着显著的缩小，业界有些人认为氮气焊接环境的使用也许有必要。氮气焊接能够减少熔锡的表面张力，增加其湿润性。也能防止预热期间造成的氧化。但氮气非万能，它不能解决所有无铅带来的问题。尤其是不可能解决焊接工艺前已经造成的问题。 在目前的回流焊接设备中，使用强制热风对流原理的炉子设计是主流。热风对流技术在升温速度的可控性以及恒温能力方面较强。在加热效率和加热均匀性以重复性等方面较弱。这些弱点，在含铅技术中体现的并不严重，许多情况下还可以被接受。随着无铅技术工艺窗口的缩小和对重复性的更高要求，热风对流技术将受到挑战。
无铅焊料的新发展 前言 锡铅焊料是电子组装焊接中的主要焊接材料，以其优质的性能和低廉的成本，一直被人们所重视。但众所周知铅及它的化合物是有毒物质，人类如长期接触会给生活环境和安全带来较大的危害。其中铅对儿童的危害更大，会影响其智商和正常发育。人类为避免这方面的问题，限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越高。最终拥有悠久历史的传统型锡铅焊料，将会逐渐被新的绿色环保型焊料所替代。如无铅汽油的广泛使用就是一个很好的范例。世界各国都纷纷开展无铅焊料的研究工作。特别是欧美、日本等一些发达国家在无铅化的研究和应用上非常重视，已经走在世界前列。二十世纪末日本已有多家知名公司相继使用无铅焊料进行批量生产。Panasonic 1998年9月就开始在批量生产盒式收录机中使用Sn-Ag-Bi(In)，还有NEC、SONY、TOSHIBA、HITACHI等公司先后用无铅焊料进行批量生产，同时都制定了全面推行无铅化的期限。 2 无铅焊料的介绍 传统锡铅焊料，它是利用Sn63Pb37为锡铅低共熔点，其共晶温度是183℃，与目前PCB的耐热性能接近，并且具有良好的可焊
性、导电性以及较低的价格等优点而得到广泛使用。无铅焊料是利用锡与其它金属如铜、铋、银等金属的合金在共晶点或非 共晶点出现的共熔现象制成的焊料。作为锡铅共晶焊料合金的替代材料，无铅焊料应该在融点、机械特性和物理特性等方面同锡铅共晶焊料合金接近，且供应材料充足，毒性弱并能在现有的设备中运用现有的工艺条件进行使用。 2.1 无铅焊料的具体要求 无铅焊料应该具备与锡铅体系焊料大体相同的特征，具体目标如下： (1)替代合金应是无毒性的。一些考虑中的替代金属，如镉和碲，是毒性的；其它金属，如锑、铟，由于改变法规的结果可能落入毒性种类。 (2)熔点应同锡铅体系焊料的熔点(183℃)接近，不应超过200℃。 (3)供应材料必须在世界范围内容易得到，数量上满足全球的需求。某些金属--如铟(Indium)和铋(Bismuth)--数量比较稀少，只够用作无铅焊锡合金的添加成分。 (4)替代合金还应该是可循环再生的，如将三四种金属加入到无铅替代焊锡配方中可能使循环再生过程复杂化，并且增加其成本。
Q/SY 中国石油天然气股份有限公司企业标准 Q/SY 60-2003 97号、98号车用无铅汽油 2003-01-27发布 2003-05-31实施中国石油天然气股份有限公司发布
Q/SY 60-2003 前言 本标准根据97号、98号车用无铅汽油的市场需求和生产实际，针对GB17930-1999《车用无铅汽油》中未规定的技术要求而制定的。 本标准GB17930-1999相比，存在主要差异： 1. 97号、98号由研究法辛烷值来确定，且规定研究法辛烷值分别不小于97、98，取消抗暴指数。 2．硫含量指标降为不大于0.05%（质量分数）；
中华人民共和国国家标准 Q/SY 60-2003 97号、98号车用无铅汽油 1 范围 本标准规定了由液体烃类和由液体烃类及改善使用性能的添加剂组成的车用无铅汽油的技术条件本标准规定的产品适用于作点燃式内燃机的燃料。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过引用而成为本标准的一部分。除非在标准中另有明确规定，下述引用标准都应是现行有效标准。 GB／T 256 汽油诱导期测定法 GB／T 259 石油产品水溶性酸及碱测定法 GB／T 260 石油产品水份测定法 GB／T 380 石油产品硫含量测定法（燃灯法） GB／T 503 汽油辛烷值测定法（马达法） GB／T 509 发动机燃料实际胶质测定法 GB／T 511 石油产品和添加剂机械杂质测定法（重量法） GB／T 1792 馏分燃料中硫醇硫测定法（电位滴定法） GB／T 4756 石油液体手工取样法 GB／T 5096 石油产品铜片腐蚀试验法 GB／T 5487 汽油辛烷值测定法（研究法） GB／T 6536 石油产品蒸馏测定法 GB／T 8017 石油产品蒸汽压测定法 GB／T 8018 汽油氧化安定性测定法（诱导期法） GB／T 8019 车用汽油和航空燃料实际胶质测定法（喷射蒸发法） GB／T 8020 汽油铅含量测定法（原子吸收光谱法） GB／T 11132 液体石油产品烃类测定法（荧光指示剂吸附法） GB／T 11140 石油产品硫含量测定法（X射线光谱法） GB／T 17040石油产品硫含量测定法(能量色散X射线荧光光谱法) GB 18352.2 轻型汽车污染物排放限值及测定方法 SH 0164石油产品包装、贮运及交货验收规则 SH／T 0174芳烃和轻质石油产品硫醇定性试验法(博士试验法) SH／T 0253 轻质石油产品中总硫含量测定法（电量法） SH／T 0663 汽油中某些醇类和醚类测定法(气相色谱法) SH／T 0689 轻质烃及发动机燃料和其他油品的总硫含量测定法（紫外荧光法） SH／T 0693 汽油中芳烃含量测定法（气相色谱法） SH／T 0711 汽油中锰含量测定法（原子吸收光谱法） SH／T 0712 汽油中铁含量测定法（原子吸收光谱法） SH／T 0713 车用汽油和航空汽油中苯和甲苯含量的测定（气相色谱法） SH／T 0741 汽油中烃族组成测定法（多维气相色谱法） SH／T 0742 汽油中硫含量测定法（能量色散X射线荧光光谱法） 3 技术要求 97号、98号车用无铅汽油的技术要求见表1。 表1车用无铅汽油技术要求
一、锡膏丝印工艺要求 1、解冻、搅拌 首先从冷藏库中取出锡膏解冻至少4小时，然后进行搅拌，搅拌时间为机械2分钟，人手3分钟，搅拌是为了使存放于库中的锡膏产生物理分离或因使用回收造成金属含量偏高使之还原，目前无铅锡膏Sn/Ag3.0/Cu0.5代替合金，比重为7.3,Sn63/Pb37合金比重为8.5因此无铅锡膏搅拌分离时间可以比含铅锡膏短。 2、模板 不锈钢激光开口,厚度80-150目(0.1-0.25mm)、铜及电铸Ni模析均可使用。 3、刮刀 硬质橡胶(聚胺甲酸酯刮刀)及不锈钢金属刮刀。 4、刮刀速度\角度 每秒2cm-12cm。（视PCB元器件大小和密度确定）；角度:35-65℃。 5、刮刀压力（图一） 1.0-2Kg/cm2 。 6、回流方式 适用于压缩空气、红外线以及气相回流等各种回流设备。
7、工艺要求 锡膏丝印工艺包括4个主要工序，分别为对位、充填、整平和释放。要把整个工作做好，在基板上有一定的要求。基板需够平，焊盘间尺寸准确和稳定，焊盘的设计应该配合丝印钢网，并有良好的基准点设计来协助自动定位对中，此外基板上的标签油印不能影响丝印部分，基板的设计必需方便丝印机的自动上下板，外型和厚度不能影响丝印时所需要的平整度等。 8、回流焊接工艺 回流焊接工艺是目前最常用的焊接技术，回流焊接工艺的关键在于调较设置温度曲线。温度曲线必需配合所采用的不同厂家的锡膏产品要求。 二、回流焊温度曲线 本文推荐的无铅回流焊优化工艺曲线说明(如图二):推荐的工艺曲线上的四个重要点: 1、预热区升温速度尽量慢一些(选择数值2-3℃/s)，以便控制由锡膏的塌边而造成的焊点桥接、焊球等。 2、活性区要求必须在(45-90sec、120-160℃)范围内，以便控制PCB基板的温差及焊剂性能变化等因数而发生回流焊时的不良。 3、焊接的最高温度在230℃以上保持20-30sec，以保证焊接的湿润性。 4、冷却速度选择在-4℃/s。 回流温度曲线如下：（图二）
导电银浆用低熔点玻璃粉 导电银浆由导电银粉、粘合剂、创国低熔点玻璃溶剂及改善性能的微量添加剂组成，可分为聚合物导电银浆和烧结型导电银浆，二者的区别在于粘结相不同。烧结型导电银浆使用低熔点玻璃粉作为粘结相，在500℃以上烧结成膜。 导电银浆用创国低熔点玻璃粉基本技术指标： 导电银浆产品集冶金、化工、电子技术于一体，是一种高技术的电子功能材料，主要用于制作厚膜集成电路、电阻器、电阻网络、电容器、MLCC、导电油墨、太阳能电池电极、LED、印刷及高分辨率导电体、薄膜开关/柔性电路、导电胶、敏感元器件及其他电子元器件。
金属银粉是导电银浆的主要成分，其导电特性主要靠银粉来实现。银粉在浆料中的含量直接影响导电性能。 从某种意义上讲，银的含量高，对提高它的导电性是有益的，但当它的含量超过临界体积浓度时，其导电性并不能提高。银浆中的银的含量一般在60～70% 是适宜的。 银微粒的大小与银浆的导电性能有关。在相同的体积下，微粒大，微粒间的接触几率偏低，并留有较大的空间，被非导体的树脂所占据，从而对导体微粒形成阻隔，导电性能下降。反之，细小微粒的接触几率提高，导电性能得到改善。一般粒度能控制在3～5μm，这样的粒度仅相当于250目普通丝网网径的1/10～1/5，能使导电微粒顺利通过网孔，密集地沉积在承印物上，构成饱满的导电图形。 银微粒的形状与导电性能的关系十分密切。用于制作导电印料的导电微粒以呈片状、扁平状、针状的为好，其中尤
以片状微粒更为上乘。圆形的微粒相互间是点的接触，而片状微粒就可以形成面与面的接触，印刷后，片状的微粒在一定的厚度时相互呈鱼鳞状重叠，从而显示了更好的导电性能。在同一配比、同一体积的情况下，球状微粒电阻为10-2，而片状微粒可达10-4。 由于银是贵金属，易被还原而回到单质状态，因此液相还原法是目前制备银粉的主要方法。 粘合剂是导电银浆中的成膜物质。在导电银浆中，导电银的微粒分散在粘合剂中。在印刷图形前，依靠被溶剂溶解了的粘合剂使银浆构成有一定粘度的印料，完成以丝网印刷方式的图形转移；印刷后，经过固化过程，使导电银浆的微粒与微粒之间、微粒与基材之间形成稳定的结合。 烧结型导电银浆主要采用低熔点玻璃粉作为粘结剂，通过有机树脂和溶剂作为中间载体，印刷图形在基材上，在烧结过程中，有机树脂和溶剂挥发分解，低熔点玻璃粉熔融成膜，与导电银粉形成牢固可导电的涂层。 当低熔点玻璃粉含量不变时，电阻率在一定范围内随着