Page 1Lead FreeMar 2006无铅波峰焊内容提要•推行无铅制程的背景及无铅制程的发展史•无铅焊料、助焊剂及PCB的选择•无铅波峰焊的设备与工艺要求及设备选择•无铅制程的优化及设备校准•无铅焊锡的常见缺陷及对策•无铅标识Page 2背景及发展史Page 3六大有害物质限制使用情况（1）2003年2月13日欧盟公佈了《报废电子电气设备指令》（WEEE）和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》（RoHs)RoHs规定停止使用六大有害物质的时间为：2006年7月1 日，在这个时间以前逐步限制使用。

RoHs指令限定指标：镉：100ppm 铅：1000ppm汞：1000ppm 六价铬：1000ppmPBB、PBDE：1000ppm注：WEEE:Directive on W aste E lectrical and E lectronic E quipment RoHS: Directive on R estriction o f the use of certain H azardousS ubstances in electrical and electronic equipmentPage 5Page 6(2)美国：国家没有制定限制六大有害物质的文件，有些大的公司，像IBM认为欧盟的限定时间太快，提出异议，但欧盟不改变限定日期。

美国也只能跟随欧盟的限定，各大公司提出了自己的限定使用要求，我们了解到的有Dell 公司。

Dell 的产品要求：铅：a).电气连接:（焊锡、触点、引脚等）目前不做要求，2006年6月1日起要求小于1000ppm；b).金属部件：钢合金＜3500ppm铜合金＜4000ppm铅合金＜4000ppmc). 所有线材部件外部绝缘层＜300ppmd). 塑胶部件＜300ppme). 玻璃及陶瓷（显像管玻璃和电子零件除外）＜1000ppmf). 油漆、墨水、颜料、涂料（所有部件）＜100ppmg). 显示器产品包装材料＜100ppmh). 其它应用场合＜1000ppm镉、汞、六价铬、PBB和PBDE的要求与欧盟指令同步。

Page 7（3）日本：国家没有统一的限定六大有害物质的文件，但日本对限定铅的禁用比其他国家都积极，他们提出2004年底焊料全部无铅。

各大公司都制定了自己的限定规划。

Sony公司，制定了禁用六大有害物质的标准，并与SGS公司ITS公司签定了测试六大有害物质的合同，规定了测试方法和仪器，目前国内很多电子厂家都要求出据SGS、ITS公司的六大有害物质测试报告，原因就是起源于Sony公司。

其实国内很多大的分析测试单位都具备分析测试能力，有些比SGS、ITS中国代理公司还强，但由于Sony没有找这些公司签定合同，所以很多电子厂家认为，国内分析单位的报告不可靠。

Page 8Page 9目前我们了解Sony对六大有害物质的限制规定：Sony公司制定了本公司的环保标准（SS-00259）在这个标准的第3版本中，表4.2环境管理物质的主要对象和禁止供货时期。

规定了六大有害物质的禁用规定：a).镉2005年1月1日开始要求以下材料不含镉：开关、继电器，等电接点；温度保险丝的可熔体；玻璃及玻璃涂料的颜料、染料，荧光显示器的荧光体，光导电池，玻璃料电阻，焊锡（镉含量＞20ppm）。

b).铅1）2004年底前：零件脚镀层无铅（铅含量＜100ppm）焊锡无铅（铅含量＜1000ppm）Page 102）2005年1月1日：所有零部件和外部全部无铅（铅含量＜100ppm ）3）其他的无铅要求见：（SONY标准，SS-00259第三版表4.2）c).汞2005年1月1日开始，小型日光灯，每支的含量5mg以下，其他场合禁止使用汞。

d).六价铬2005年1月1日开始，电镀防锈处理；含颜料的墨水、涂料产品禁止含六价铬。

e). PBB、PBDE的禁用情况见（SONY标准SS-00259.表4.2）铅的毒性¾美国环保署（EPA）：铅及其化合物是严重危害人类生活与环境的17种有害物质之一。

¾铅对人体的毒副作用主要表现为神经系统紊乱、智能障碍、高血压等，对儿童的有害作用更为明显。

¾美国职业安全与健康管理署（OSHA）：人体血液中铅的含量应控制在50mg/100ml以下，打算生育子女的应控制在30mg/100ml以下。

Page 12Page 14¾公元前370年史书记载从事金属精炼的工人由于铅中毒而引起腹绞痛¾1878年德国疾病与工作环境关系调查书中重点指出铅中毒问题¾1883年英国制定预防铅中毒的相关法规……¾20世纪60年代，饮水管道焊接中禁止使用含铅焊料¾20世纪70年代，颜料、涂料中禁止使用含铅物质¾20世纪80年代，全球范围内推广使用无铅汽油¾20世纪90年代，无铅化电子组装提出，成为业界不得不接受的事实人类对铅中毒的认识史Page 15500万吨其中电子组装焊料用铅占：0.5%全世界每年消耗的铅大约是：相关数字消耗量最大的是铅酸电池Page 161. 大型家用电器，如冰箱、空调、洗衣机等2. 小型家用电器，如吸尘器、熨斗、剃须刀等3. IT 与通讯设备，如计算机、打印机、电话等4. 音像电子设备，如摄像机、音响、音乐器材等5. 医疗设备6. 玩具……WEEE 和RoHS 指令所涉及的电子产品种类Page 17¾1991-1998年4月，研究阶段，美国及欧盟各耗资数百万美元¾1998年10月，日本松下公司推出世界上第一款批量生产的无铅电子产品Panasoinc MD Player¾1999年10月，日本NEC 公司率先推出采用无铅电子组装技术的Versopro NX 笔记本电脑……¾2003年2月13日，欧盟WEEE 和RoHS 指令正式生效¾2003年3月，中国信息产业部经济运行司拟定《电子信息产品生产污染防治管理办法》ISO/TC44/SC12和IEC/IC91两个工作组正在拟定无铅焊料的国际标准.无铅化电子组装的发展历程无铅的定义9北美: 铅含量<2000PPM (重量比)9欧洲: 铅含量<1000PPM (重量比)9日本: 铅含量<1000PPM (重量比)Page 18无铅焊料的选择目前业界已达成的共识：以Sn为基础原料，添加Cu、Ag、Bi、Zn、In等金属元素。

需要考虑的因素有：¾资源与价格：高出锡铅焊料2-4倍。

¾毒性：必须考虑新的焊接材料的毒性。

¾熔点：因其成份不同而不同，在117-280o C之间。

¾润湿铺展性能：取决于焊料成分及助焊剂和焊接温度。

¾强度与可靠性：取决于焊料成份和制程控制。

Page 19Page 20无铅焊料的类别目前世界范围内已开发出的无铅焊料合金种类繁多，根据合金成分，大体上分为二元合金、三元合金及其它多元合金:Sn-AgSn-Ag-CuSn-CuSn-ZnSn-BiSn-In等类别。

人们对无铅焊性能的评价基准是基于传统Sn-Pb焊料的性能。

要求无铅焊料的性能，尽可能的接近Sn-Pb焊料，并且价格不能太高。

Page 21（1）Sn-Zn系列焊料的缺点：一、是在无铅焊料中润湿性最差二、是容易氧化必须在氮气保护下进行回流焊和波峰焊，氮气保护的目的，是为了防止Sn-Zn焊料氧化，降低焊料的表面张力，提高润湿力。

有的公司想利用助焊剂改善Sn-Zn焊料的润湿性，现在还没有取得显著的效果。

（2）Sn-Cu，共晶点温度较高：例如Sn0.7Cu共晶点227℃，焊接温度接近280℃，现有的原器件和设备，有的承受不了这么高的温度，另外焊点桥连，元器件引脚中的铜向焊料中溶解会改变焊料的成分配比和熔点，使波峰焊工艺参数不稳定。

但由于它价格便宜，机械性能好，对杂质元素敏感度低，等优点得到一些公司的应用。

Sn-Cu中加入稀土元素可以改善性能日本开发一种产品SN100C(Sn0.7CuNi)。

Page 22（3）Sn-Ag系列：有优异的力学性能和抗蠕变疲劳特性。

Sn3.5Ag共晶温度221℃，使用温度较高，Ag含量超过3.5%，容易脆化引起龟裂，在Sn-Ag中添加Cu 可以降低焊料的熔点，增加焊料的润湿力，提高机械强度。

因此，Sn-Ag-Cu 得到普遍应用，是目前用的最多的无铅焊料。

各个国家都推出了自己的产品:美国倾向于Sn-3.9Ag-0.6Cu欧洲倾向于Sn-3.8Ag-0.7Cu日本倾向于Sn-3Ag-0.5Cu和Sn-3.5Ag-0.7Cu实际应用的产品：（见下表）¾合金成份对其性能的影响9银含量在3.0%-4.7 %和铜含量在0.5%-1.7%比Sn63/Pb37具有更好的抗拉强度和抗疲劳性．9银含量从3.0%增加到4.7 %对抗疲劳强度无任何帮助．9银和铜都处于较高含量时合金的塑性变坏．例如Sn 4.7 Ag 1.7 Cu．9合金浸润能力不及Sn63/Pb37．Page 26¾在焊料方面,由于众多的供应商都在推销自己的“专利”产品,目前许多仍不成熟,我们可根据自身产品的特征选择市场上较为成熟的焊料,从而降低风险.可综合参考以下项目进行选择:9熔点温度9机械强度9氧化速度9可靠性9成本……Page 27Page 28与无铅焊料配套的助焊剂的选择¾与锡铅焊料相比，可用的无铅焊料在以下两方面有很大不同：1. 熔点较高2. 润湿性较差因此相应的助焊剂要在较高的温度下保持充分的活性，其固态含量高于锡铅焊料所用的助焊剂。

¾无VOC （Volatile Organic Chemical) ．这是环保的必然趋势．Page 29无铅焊料助焊剂由于无铅焊料性能与Sn-Pb 有很大差异，所以必须研制适合无铅焊料的焊剂。

（1）无铅焊料助焊剂的要求：a).无铅焊料的焊接温度高，要求助焊剂的添加剂必须适合无铅焊料的焊接温度。

b).要考虑无铅焊料合金的性质，无铅焊料助焊剂不能使无铅焊料产生氧化。

c).因为无铅焊料比Sn-Pb 焊料的润湿能力差，无铅焊料助焊剂提高无铅焊料润湿能力要强。

e).无铅焊料助焊剂必须符合环保的要求。

这一点非常重要，无铅焊料是因为环保的要求采用的，如果用的助焊剂达不到环保要求，结果还是达不到环保要求。

Page 30（2）环保型无铅焊料助焊剂目前使用的有机溶剂（异丙醇）助焊剂，不属于欧盟提议禁用的物质。

相对来说是环保的，但是属挥发性有机化合物（VOC ）。

VOC 散发到空气中，对地表臭氧层有破坏作用，对人体有一定毒害作用，也属于逐步禁用的物质，美国对VOC 的禁用非常积极，并研制出了无VOC 的助焊剂和无VOC 的清洗剂。