無鉛:鉛的危害及實施無鉛化的必要性與可行性,無鉛焊料發展進程,焊接行業對無鉛焊料的

所謂“無鉛”，並非絕對的百分百禁絕鉛的存在，而是要求鉛含量必須減少到低於1000ppm(<0.1%)的水平，同時意味著電子製造必須符合無鉛的組裝工藝要求。“電子無鉛化”也常用於泛指包括鉛在內的六種有毒有害材料的含量必須控制在1000ppm的水平內。鉛是一種多親和性材料，不僅污染水源，而且對土壤和空氣都可能產生污染與破壞。環境一旦受到鉛的污染，其治理的難度、周期、經費都十分巨大。

基本介紹

中文名：無鉛
外文名：lead-free
特點：非絕對的百分百禁絕鉛的存在
低於：1000ppm(
控制：在1000ppm的水平內
影響：危害環境

鉛的危害及實施無鉛化的必要性與可行性,無鉛焊料發展進程,焊接行業對無鉛焊料的要求,無鉛錫絲的使用,電子行業無鉛化的導入製程,相關無鉛焊料,協調、選擇無鉛,

鉛的危害及實施無鉛化的必要性與可行性

在焊料的發展過程中，錫鉛合金一直是最優質的、廉價的焊接材料，無論是焊接質量還是焊後的可靠性都能夠達到使用要求；但是，隨著人類環保意識的加強，“鉛”及其化合物對人體的危害及對環境的污染，越來越被人類所重視。

美國環境保護署（EPA）將鉛及其化合物定性為17種嚴重危害人類壽命與自然環境的化學物質之一，鉛右通過滲入地下水系統而進入動物或人類的食物鏈；在日常工作中，人體可通過皮膚吸收、呼吸、進食等吸收鉛或其化合物，當這些物質在人體內達到一定量時，會影響體內蛋白質的正常合成，破壞中樞神經，造成神經和再生系統紊亂、呆滯、貧血、智力下降、高血壓甚至不孕等症狀；鉛中毒屬重金屬中毒，在人體內它還有不可排泄、並且會逐漸積累的問題。美國職業安全與健康管理署（OSHA）標準：成人血液中鉛含量應低於50mg/dl，兒童血液中鉛含量應低於30mg/dl。

中國已加入WTO，中國市場已經逐步與國際市場接軌；為了提高自身產品的適應能力，及出口時避免上述不必要的麻煩，國內廠商應加強產品無鉛化的意識，儘快地適應國際市場的要求，不要走在別人的後面，否則產品將失去一定的競爭力，在日趨激烈的國際競爭中處於下風；在我國沿海開放地區的外資廠居多，其中上規模的國際大公司也不少，這些外資公司已經注意到了無鉛化的必要性，有些公司已將無鉛化提入公司改進日程。

綠色環保產品是新世紀的主流，但是無鉛化是否可行呢？這個問題要從技術、成本以及無鉛焊料與軟釺焊設備的兼容性等多個角度去解答。首先從技術上來講，無鉛化已得到了多個國家的重視，好多國家設有無鉛焊料研發的專門機構，這些研發機構以及焊料生產廠商，都已經研發出多種無鉛焊料，且有相當一部分被實驗證明是可以替代錫鉛焊料的產品，（具體的無鉛焊料種類及其特性第五要點有詳細介紹）；從成本角度考慮，所開發出的無鉛焊料成本一般的在錫鉛合金價格的2~3倍左右，據粗略統計，所用焊料的費用不超過產品總成本的0.1%左右，所以不會對產品的總體成本造成太大的影響；就設備而言，也有適應無鉛焊料的波峰焊及再流焊設備出廠，但是，眾多無鉛焊料研發機構及生產商仍在不斷努力改進無鉛焊料本身的質量參數，以適應客戶的現有設備。

無鉛焊料發展進程

1991和1993年：美國參議院提出將電子焊料中鉛含量控制在0.1%以下的要求，遭到美國工業界強烈反對而夭折；

1991年起NEMI， NCMS， NIST， DIT， NPL， PCIF， ITRI， JIEP等組織相繼開展無鉛焊料的專題研究，耗資超過 2000萬美元，仍在繼續；

1998年日本修訂家用電子產品再生法，驅使企業界開發無鉛電子產品；

1998年10月日本松夏公司第一款批量生產的無鉛電子產品問世；

2000年6月：美國IPC　Lead-Free Roadmap 第4版發表，建議美國企業界於2001年推出無鉛化電子產品，2004年實現全面無鉛化；

2000年8月：日本 JEITA　Lead-Free Roadmap 1.3 版發表，建議界於2003年實現標準化無鉛電子組裝；

2002年1月歐盟 Lead-Free　Roadmap1.0 版發表，根據問卷調查結果向業界提供關於無鉛化的重要統計資料；

歐盟議會和歐盟理事會2003年1月23日發布了第2002/95/EC號《關於在電氣電子設備中限制使用某些有害物質的指令》，在這個指令中，歐盟明確規定了六種有害物質為：“汞（Hg）、鎘（Cd）、六價鉻（Cr⁶⁺）、鉛（Pb）、聚溴聯苯（PBB）、聚溴二苯醚（PBDE）”；並強制要求自2006年7月1日起，在歐洲市場上銷售的電子產品必須為無鉛的電子產品；（個別類型電子產品暫時除外）

2003年3月，中國信息產業部擬定《電子信息產品生產污染防治管理辦法》，提議自2006年7月1日起投放市場的國家重點監管目錄內的電子信息產品不能含有Pb。

焊接行業對無鉛焊料的要求

無鉛焊料首先要能夠真正滿足環保要求，不能把鉛去除了，又添加了新的有毒或有害的物質；要確保無鉛焊料的可焊性及焊後的可靠性，並要考慮到客戶所承受的成本等眾多問題。概括起來講，無鉛焊料應儘量滿足以下這些要求：

1、無鉛焊料的熔點要低，儘可能地接近63/37錫鉛合金的共晶溫度183℃，如果新產品的共晶溫度只高出183℃幾度應該不是很大問題，但尚沒有能夠真正推廣的，並符合焊接要求的此類無鉛焊料；另外，在開發出有較低共晶溫度的無鉛焊料以前，應儘量把無鉛焊料的熔融間隔溫差降下來，即儘量減小其固相線與液相線之間的溫度區間，固相線溫度最小為150℃，液相線溫度視具體套用而定（波峰焊用錫條：265℃以下；錫絲：375℃以下；SMT用焊錫膏：250℃以下，通常要求回流焊溫度應該低於225~230℃）。

2、無鉛焊料要有良好的潤濕性；一般情況下，再流焊時焊料在液相線以上停留的時間為30~90秒，波峰焊時被焊接管腳及線路板基板面與錫液波峰接觸的時間為4秒左右，使用無鉛焊料以後，要保證在以上時間範圍內焊料能表現出良好的潤濕性能，以保證優質的焊接效果；

3、焊接後的導電及導熱率都要與63/37錫鉛合金焊料相接近；

4、焊點的抗拉強度、韌性、延展性及抗蠕變性能都要與錫鉛合金的性能相差不多；

5、成本儘可能的降低；能控制在錫鉛合金的1.5~2倍，是比較理想的價位；

6、所開發的無鉛焊料在使用過程中，與線路板的銅基、或線路板所鍍的無鉛焊料、以及元器件管腳或其表面的無鉛焊料及其它金屬鍍層間，有良好的釺合性能；

7、新開發的無鉛焊料儘量與各類助焊劑相匹配，並且兼容性要儘可能的強；既能夠在活性松香樹脂型助焊劑（RA）的支持下工作，也能夠適用溫和型、弱活性松香焊劑（RMA）或不含松香樹脂的免清洗助焊劑才是以後的發展趨勢；

8、焊接後對焊點的檢驗、返修要容易；

9、所選用原材料能夠滿足長期的充分供應；

10、所用的設備工藝相兼容，在不更換設備的狀況下可以工作。

無鉛錫絲的使用

通過擴展率實驗對松香芯焊錫絲用助焊劑的成分及配比進行選擇及最佳化，然後通過添加一種天然植物油（C油）對該最佳化過的助焊劑進行進一步改進，依據行業標準對製備的助焊劑進行了測試。結果表明，這款助焊劑不含鹵素、無腐蝕性、表面絕緣電阻高（1.68×10Ω）；無鉛SnCu焊錫絲在使用這款助焊劑時，焊接效果好，松香飛濺值為0.3%，擴展率為75.9%。

①、注意烙鐵功率的選擇，無鉛焊料的熔點比錫鉛合金高出許多，在不影響元器件所受熱衝擊的情況下，可適當把烙鐵功率加大，以加快熔錫與上錫的速度；焊接溫度不能低於3750C或用60W烙鐵。

②、在焊後焊點的感觀上，不能按以往錫鉛合金的標準評判，通常的無鉛焊料焊點不如錫鉛合金焊點平滑、光亮，但只要能保證焊點的完全焊接及其檢測時的可靠性，應屬可接受範圍。

電子行業無鉛化的導入製程

電子製造業中大量使用的錫鉛合金，是污染人類生存環境的重要根源之一。根據企業實際狀況，首先應抽調工程、品管、生技等部門相關人員，成立無鉛化推行論證工作小組，然後由該工作小組制定出適合的無鉛焊料導入計畫，以及完成該計畫中每一個小節的具體時間，並發放各相關職能部門，要求企業內各部門按計畫分配工作，並予以執行。

協調、選擇無鉛

1、此點應包括元器件管腳鍍層之無鉛成份及元器件所能承受熱衝擊能力進行評估；

2、可要求無鉛焊料生產廠商提供其產品配比或所含金屬元素成分、焊料性能、適用的溫度區線、對焊接設備的要求等方面相關資料；

3、協調各電子元器件生產商對電子元器件在無鉛化進程中的適用性，及其性能論證；

4、對線路板生產商進行線路板無鉛化評估；

5、對企業現有設備進行評估；

6、對引入無鉛焊料後生產工藝之調整，以及生產工藝調整後對企業產品質量、生產效率等各方面所帶來的影響進行評估；

7、對無鉛化導入計畫中所涉及到各部門，要求他們作出相應工作計畫書；

8、在確定以上程式基本完成，並有理論、技術支持後，可在工程或技術部門內部做無鉛焊料的套用實驗；

9、對實驗結果進行總結，對不足或存在明顯缺陷部分進行改進，或協調相關供貨商尋求技術支持；

10、將無鉛焊料安排到生產線進行試用、或對部分產品進行無鉛化實驗；

11、在所有評估、實驗完成以後，進行最終的無鉛化導入程式進行總結；並編制無鉛焊料使用工藝及各相關工位工作指導書。

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