有鉛工藝和無鉛工藝的區(qū)別

　　最近有很多電子行業(yè)的朋友問起：“有鉛工藝和無鉛工藝之間的差別到底在哪里?價格差那么大，對生產(chǎn)的影響到底體現(xiàn)在哪些方面?該如何選擇?”也有朋友一直在說無鉛工藝還不如有鉛工藝，無鉛工藝單波峰焊接不了等問題;今天就特地就這個問題和大家探討一下，發(fā)表一些我的個人看法。

　　趨勢

　　首先我們來看看有鉛和無鉛的趨勢，隨著國際環(huán)保要求逐步提高，無鉛工藝成為電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個必然過程。盡管無鉛工藝已經(jīng)推行這么多年，仍有部分企業(yè)使用有鉛工藝，但無鉛工藝完全代替有鉛這是一個必然的結果。但是無鉛工藝在使用方面有些地方也許還不如有鉛工藝，所以我們以后要研究的是如何讓無鉛工藝更好地替代有鉛工藝。讓rosh環(huán)保更廣泛的普及，達到既盈利又環(huán)保的雙贏目標。

　　現(xiàn)狀

　　當前國內(nèi)許多大公司也沒有完全采用無鉛工藝而是采取有鉛工藝技術來提高可靠性，在機車行業(yè)中西門子和龐巴迪等國際知名公司也沒有完全采用無鉛工藝進行生產(chǎn)，而是盡量豁免。

　　當前有許多專業(yè)也認為無鉛技術還有許多問題有待于進一步認識，如著名工藝專家李寧成博士也認為當前的無鉛工藝技術的發(fā)展還沒有有鉛技術成熟，如先前的無鉛焊接采用的最多的Sn3Ag0.5Cu焊料合金，最近發(fā)現(xiàn)由于Cu的含量稍低，焊點可靠性有些問題，有人建議將Cu的質(zhì)量分數(shù)提高到1%~2%，但是現(xiàn)在時常上還沒有這種焊料合金的產(chǎn)品。同時無鉛焊接的電子產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)遠遠沒有有鉛焊接生產(chǎn)的電子產(chǎn)品豐富。

　　比較

　　有鉛工藝技術有上百年的發(fā)展歷史，經(jīng)過一大批有鉛工藝專家研究，具有交好的焊接可靠性和穩(wěn)定性，擁有成熟的生產(chǎn)工藝技術，這主要取決于有鉛焊料合金的特點。

　　有鉛焊料合金熔點低，焊接溫度低，對電子產(chǎn)品的熱損壞少;有鉛焊料合金潤濕角小，可焊性好，產(chǎn)品焊點“假焊”的可能性小;焊料合金的韌性好，形成的焊點抗震動性能好于無鉛焊點。

　　無鉛焊接工藝從目前的研究結果中摸索有可替代合金的熔點溫度都高于現(xiàn)有的錫鉛合金。例如從目前較可能被業(yè)界廣泛接受的“錫——銀——銅”合金看來，起熔點是217℃，這將在焊接工藝中造成工藝窗口的大大縮小。理論上工藝窗口的縮小為從錫鉛焊料的37℃降到23℃。實際上，工藝窗口的縮小遠比理論值大。因為在實際工作中我們的測溫法喊有一定的不準確性，加上DFM的限制，以及要很好地照顧到焊點“外觀”等，回流焊接工藝窗口其實只有約14℃。

　　240℃

　　203℃過熱-37℃ 260℃

　　237℃過熱-23℃

　　含鉛工藝窗口含鉛工藝窗口

　　過冷過冷

　　圖： 有鉛工藝窗口和無鉛工藝窗口對比

　　不只是工藝窗口的縮小給工藝人員帶來巨大的挑戰(zhàn)，焊接溫度的提高也使得焊接工藝更加困難。其中一項就是高溫焊接過程中的氧化現(xiàn)象。我們都知道，氧化層會使焊接困難、潤濕不良以及造成虛焊。氧化程度除了器件來料本身要有足夠的控制外，擁護的庫存條件和時間、加工前的處理(例如除濕烘烤)以及焊接中預熱(或恒溫)階段所承受的熱能(溫度和時間)等都是決定因素。

　　由于無鉛焊接工藝窗口比起含鉛焊接工藝窗口有著顯著的縮小，業(yè)界有些人認為氮氣焊接環(huán)境的使用也許有必要。氮氣焊接能夠減少熔錫的表面張力，增加其濕潤性。也能防止預熱期間造成的氧化。但氮氣非萬能，它不能解決所有無鉛帶來的問題。尤其是不可能解決焊接工藝前已經(jīng)造成的問題。

　　在目前的回流焊接設備中，使用強制熱風對流原理的爐子設計是主流。熱風對流技術在升溫速度的可控性以及恒溫能力方面較強。在加熱效率和加熱均勻性以重復性等方面較弱。這些弱點，在含鉛技術中體現(xiàn)的并不嚴重，許多情況下還可以被接受。隨著無鉛技術工藝窗口的縮小和對重復性的更高要求，熱風對流技術將受到挑戰(zhàn)。