無鉛講座公司研討會(huì)專用

1、無鉛化電子組裝技術(shù)-環(huán)保型電子時(shí)代的技術(shù)壁壘與突破美國焊接學(xué)會(huì)會(huì)員中國焊接學(xué)會(huì)釬焊及特種連接委員會(huì)副主任中國焊接學(xué)會(huì)無鉛焊接技術(shù)分委會(huì)主任1第一部分：無鉛化電子組裝的時(shí)代迫切性與國際形勢(shì)歐盟WEEE和RoHS指令正式生效 無鉛化電子組裝的發(fā)展歷程 無鉛化電子組裝產(chǎn)業(yè)實(shí)用化的國際先鋒 - 日本的發(fā)展現(xiàn)狀 2WEEE和RoHS指令 WEEE：Directive on Waste Electrical and Electronic Equipment 廢棄電力電子產(chǎn)品指令RoHS：Directive on the Restriction of the use Of certain Hazardous

2、 Substances in electrical and electronic equipment 電力電子產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限制使用指令2003年2月13日，由歐盟以官方公報(bào)形式宣布正式生效3RoHS指令核心內(nèi)容 第4條 防止1. 成員國將確保，從2006年7月1日起，投放于市場(chǎng)的新電子和電氣設(shè)備不包含鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻、聚溴二苯醚(PBDE)或聚溴聯(lián)苯(PBB)。4（5）證據(jù)表明，歐盟理事會(huì)和歐洲議會(huì)2003 年1 月27 日關(guān)于報(bào)廢電子電氣設(shè)備的第2002/96/EC 號(hào)指令規(guī)定的報(bào)廢電子電氣設(shè)備的收集、處理、回收和處置措施對(duì)于減少與涉及的重金屬和阻燃劑相關(guān)的廢物管理問題很必要。然而，

3、盡管有那些措施，但在目前的廢物處理中仍將繼續(xù)發(fā)現(xiàn)報(bào)廢電子電氣設(shè)備的實(shí)質(zhì)部分。即使報(bào)廢電子電氣設(shè)備被分類收集并遵守回收程序，但汞、鎘、鉛、六價(jià)鉻、聚溴聯(lián)苯（PBB）、聚溴二苯醚（PBDE）的成分仍有可能對(duì)人類健康和環(huán)境形成危險(xiǎn)。（6）考慮到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可行性，確保顯著減少這些物質(zhì)對(duì)健康和環(huán)境形成的危險(xiǎn)的最有效的、且在共同體內(nèi)可實(shí)現(xiàn)所選擇保護(hù)水平的方式是在電子電氣設(shè)備中以安全或更安全的物質(zhì)替代它們。限制這些有害物質(zhì)的使用也就是提高報(bào)廢電子電氣設(shè)備回收的可能性和經(jīng)濟(jì)利益并減少它們對(duì)回收工廠工人健康所造成的負(fù)面影響。為什么會(huì)有RoHS指令？ 52003年3月，中國信息產(chǎn)業(yè)部 擬定電子信息產(chǎn)品污染防治管

4、理辦法電子信息產(chǎn)品制造者應(yīng)當(dāng)保證，自2003年7月1日起施行有毒有害物質(zhì)的減量化生產(chǎn)措施；自2006年7月1日起投放市場(chǎng)的國家重點(diǎn)監(jiān)管目錄內(nèi)的電子信息產(chǎn)品不能含有鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻、聚合溴化聯(lián)苯(PBB)或者聚合溴化聯(lián)苯乙醚(PBDE)等。 6RoHS指令中關(guān)于含鉛焊料的例外 高熔點(diǎn)焊料中的鉛(即：鉛含量超過85%的錫鉛焊料合金)；用于服務(wù)器、存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的焊料中的鉛(豁免準(zhǔn)予至2010年)；用于信號(hào)交換和傳輸，以及電信網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中的焊料中的鉛7RoHS指令中關(guān)于含鉛焊料的例外 8無鉛化電子組裝的發(fā)展歷程 1991年 美國參議院Reid BillS.391 the Lead

5、 Exposure Reduction Act1992年 H.R.3554 the Lead Exposure Act其中之一是要求將電子組裝用焊料中的含鉛量控制在0.1wt%以下，此項(xiàng)提案遭到美國工業(yè)界強(qiáng)烈反對(duì)而被最終排除在法案內(nèi)容之外 1992-1996年 美國NCMS(National Center for Manufacturing Sciences)無鉛電子組裝研究計(jì)劃，耗資110萬美元，參加成員涉及汽車、電氣、航空、軍事等廣泛電子工業(yè)關(guān)聯(lián)領(lǐng)域，如AT&T, Lucent Technologies, Ford Motor, GM, Hughes Aircraft, Rockwell

6、International, Texas Instruments等1996-1999年 歐洲IDEALS研究計(jì)劃，耗資300萬英鎊，參加成員為GEC、Malconi(英)、NERC(愛爾蘭)、Philips(荷蘭)、Siemens(德國)等 9無鉛化電子組裝的發(fā)展歷程1998年4月 歐盟提出WEEE指令的第一版草案，再次推動(dòng)了世界范圍內(nèi)無鉛電子組裝的開發(fā)和實(shí)用化熱潮，特別是在日本。1998年10月 日本松下電器公司推出世界上第一款批量生產(chǎn)的無鉛電子產(chǎn)品 Panasonic MD Player1999年10月 日本NEC公司率先推出采用無鉛電子組裝技術(shù)的Versopro NX筆記本電腦2000年

7、3月 日本Sony公司率先推出采用無鉛電子組裝技術(shù)的Handycam攝像機(jī)10無鉛化電子組裝產(chǎn)業(yè)實(shí)用化的國際先鋒 - 日本 “環(huán)境立國”是當(dāng)今日本的基本國策每家公司每年必須公表其“環(huán)境保全活動(dòng)報(bào)告書” 11日本松下電器株式會(huì)社 1998年10月，世界上第一款批量生產(chǎn)的無鉛化電子產(chǎn)品 MD Player122000年6月12日全制品無鉛化計(jì)劃啟動(dòng)2003年3月31日全制品無鉛化實(shí)現(xiàn)注：購入部品和OEM制品除外涉及產(chǎn)品種類：Panasonic, National商標(biāo)的12000余種電子產(chǎn)品 日本松下電器株式會(huì)社 13無鉛化計(jì)劃涉及全部松下工廠：日本國內(nèi)22個(gè)，海外79個(gè)涉及焊料產(chǎn)品用量：2400噸

8、/年 第一個(gè)實(shí)現(xiàn)無鉛化的海外工廠 最后一個(gè)實(shí)現(xiàn)無鉛化的海外工廠 英國松下 巴西松下 日本松下電器株式會(huì)社 142002年12月 推出綠色采購準(zhǔn)則2003年8月 推出化學(xué)物質(zhì)管理等級(jí)準(zhǔn)則日本松下電器株式會(huì)社 15日本SONY公司部品和材料中的環(huán)境管理物質(zhì) 管理規(guī)定SS-00259 2005年2月4日起已經(jīng)有第4版可以從Sony公司網(wǎng)站下載16第二部分 無鉛化電子組裝的基本概念與無鉛焊料的選擇 17焊料在電子組裝中的應(yīng)用BGA球、FC凸臺(tái)芯片鍵合引線框架表面鍍層元器件外引線表面鍍層PCB表面保護(hù)層，HASLPCB級(jí)組裝焊點(diǎn)用于印刷電路板的涂料、墨水中的鉛18SS-00259第4版物質(zhì)名：鉛以及鉛化

9、合物 物件 納入禁止時(shí)期 Level 1 包裝材料 印刷電路板用含鉛的涂料、墨水 立即禁止 Level 1 部品的外部電極、引線端子等的表面處理 AC適配器、電源電纜、連接電纜、遙控器、 鼠標(biāo)、設(shè)備外露部分中使用的塑料（包括橡膠) 材料中的穩(wěn)定劑、顔料、染料 機(jī)器外露部位中使用的涂料、墨水Level 3中規(guī)定之外的所有用途例如含鉛量低于85wt%的焊料，含鉛量超過1000ppm的焊料含鉛的光學(xué)玻璃含鉛量超過容許濃度的各種合金（包括焊料）交流適配器、電源線、連接線、遙控器、滑鼠、機(jī)器外露部分之外所用的塑膠（包括橡膠）材料中的穩(wěn)定劑、顔料、染料、涂料、油墨等 2004年4月1日起2005年1月1日

10、起19無鉛化電子組裝的涵義印刷電路板級(jí)組裝過程中，無論是手工烙鐵焊、浸焊、波峰焊還是回流焊，采用的是無鉛焊料2. 電子元器件引線框架/外引線表面鍍層為無鉛化鍍層3. 印刷電路板表面防護(hù)層為無鉛化防護(hù)層4. 材料、工藝、設(shè)備上不得不做出的改變20什么是無鉛焊料無鉛焊料并不意味著焊料中100%的不含鉛。與有鉛焊料相對(duì)比，無鉛焊料中鉛不再是一種基體金屬元素。但是作為一種雜質(zhì)元素，鉛的存在是不可避免的。問題是無鉛焊料中鉛含量的上限值？ 21無鉛焊料的定義- 鉛含量的上限值問題 ISO 9453標(biāo)準(zhǔn)ISO 9453 Soft solder alloys - Chemical compositions a

11、nd forms (wt.%)AlloySnPbSbBiCdCuInAgAlAsFeZnSn-1CuRem0.10.050.10.0020.45-0.90.050.050.0010.030.020.001Sn-4AgRem0.10.10.10.0020.050.033.5-4.00.0010.030.020.001Sn-3AgRem0.10.10.10.0020.10.053.0-3.50.0010.030.020.00122無鉛焊料的定義- 鉛含量的上限值問題日本JIS Z3282標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 3282 Soft solders - Chemical compositions and fo

12、rms (wt.%) AlloySnPbAgSbCuBiZnFeAlAsCdSn-1CuRem0.10.050.050.45-0.90.10.0020.020.0020.030.002Sn-3.5AgRem0.13.2-3.80.120.050.10.0020.020.0020.030.002中國無鉛焊料國家標(biāo)準(zhǔn)中也確定無鉛焊料中鉛含量上限值為1000ppm。23適用對(duì)象外：部品、設(shè)備的連接用高熔點(diǎn)焊錫（鉛含量超過85wt%的有鉛焊錫）電子陶瓷部品（壓電元件、陶瓷電介質(zhì)材料等）顯像管、電子部品、熒光管等所用玻璃材料作為合金成分下列含有濃度以下的合金 鋼材 0.35wt%以下 鋁合金 0.4wt

13、%以下 銅合金 4wt%以下 焊料 1000ppm以下 （Pb1000ppm） SS-00259第4版24無鉛焊料選擇的根本依據(jù) - 熔點(diǎn) 可作為無鉛焊料的Sn基二元合金的熔點(diǎn) 合金成分 （wt.%）熔點(diǎn) （oC）Sn-80Au280Sn-5Sb241-244Sn-0.7Cu227Sn-3.5Ag221Sn-9Zn198Sn-37Pb183Sn-58Bi138Sn-49In117Sn-Ag-Cu217-22125無鉛焊料的選擇 - 歐洲 26無鉛焊料的選擇 - 歐洲27無鉛焊料的選擇 - 歐洲28無鉛焊料的選擇 - 北美2000年5月，美國NEMI正式向北美工業(yè)界推薦無鉛焊料Sn-0.7Cu

14、用于波峰焊Sn-3.9Ag-0.6Cu用于回流焊29無鉛焊料的選擇 - 美國波音公司30無鉛焊料的選擇 - 我們的推薦手工烙鐵焊、浸焊、波峰焊 - Sn-0.7CuSn-Cu二元相圖 31Sn-0.7Cu無鉛焊料的優(yōu)點(diǎn)1. 工藝性能優(yōu)良，已經(jīng)在國際上得到廣泛使用；2. 焊點(diǎn)各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良；32Sn-0.7Cu無鉛焊料的物理性能加速熱疲勞試驗(yàn)條件下Sn-Cu與Sn-Pb波峰焊焊點(diǎn)的拉脫強(qiáng)度對(duì)比 (日本Seiko-Epson公司提供) 33Sn-0.7Cu無鉛焊料的物理性能加速熱疲勞試驗(yàn)條件下Sn-Cu與Sn-Pb波峰焊焊點(diǎn)的電阻值對(duì)比(日本Seiko-Epson公司提供) 34Sn-0.7Cu

15、無鉛焊料的物理性能針對(duì)特殊的焊盤表面鍍層，焊點(diǎn)可靠性更佳(美國Motorola公司提供) 35Sn-0.7Cu無鉛焊料的物理性能不存在晶須問題121oC, 100%RH, 192h老化試驗(yàn)后 (美國Motorola公司提供) 36Sn-0.7Cu無鉛焊料的物理性能相比之下，Sn-Pb焊料存在晶須問題121oC, 100%RH, 192h老化試驗(yàn)后 (美國Motorola公司提供) 37Sn-0.7Cu無鉛焊料的物理性能Sn-0.7Cu無鉛焊料的耐腐蝕性更好38Sn-0.7Cu無鉛焊料的耐腐蝕性更好393. 價(jià)格最低。與Sn-Ag/Sn-Ag-Cu系無鉛焊料相比，以月用量1噸為例，考慮到錫渣、清

16、爐等成本，一年可節(jié)省生產(chǎn)成本100萬人民幣；Sn-0.7Cu無鉛焊料的優(yōu)點(diǎn)40無鉛焊料的選擇 - 我們的推薦無鉛回流焊 - Sn-3.5Ag/Sn-Ag-CuSn-Ag二元相圖 盡可能低的焊料熔點(diǎn)對(duì)于保證回流焊的工藝窗口至關(guān)重要41無鉛回流焊焊點(diǎn)可靠性優(yōu)于Sn-Pb焊點(diǎn)42無鉛焊料的選擇 - 專利問題 所有二元合金均不存在任何專利問題 問題在于三元以及更多元合金方面，焦點(diǎn)在于Sn-Ag-Cu 的專利問題 43無鉛焊料的選擇 - 專利問題 我們向客戶推薦使用二元合金的無鉛焊料 如果客戶基于某種原因一定要使用三元合金，如Sn-Ag-Cu合金，則必須選擇自己擁有相關(guān)專利或者已經(jīng)取得國際上相關(guān)專利的使

17、用授權(quán)許可的焊料生產(chǎn)商 億鋮達(dá)公司已經(jīng)取得“具有抗氧化能力的Sn-Ag-Cu無鉛焊料”的中國發(fā)明專利權(quán) 迄今為止，億鋮達(dá)公司是國內(nèi)唯一一家獲得美國Sn-Ag-Cu無鉛焊料專利使用授權(quán)許可的焊料生產(chǎn)商441. 無鉛焊接的特點(diǎn)2. 電子元器件的耐熱性匹配問題3. 無鉛手工烙鐵焊4. 無鉛波峰焊5. 無鉛回流焊6. 無鉛焊點(diǎn)可靠性的幾個(gè)特殊問題 第三部分 無鉛化電子組裝工藝45無鉛焊接的基本特點(diǎn)1. 可用的無鉛焊料(Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu等)的熔點(diǎn)比傳統(tǒng)的Sn-Pb 焊料熔點(diǎn)高出40 oC左右，因此無鉛焊接肯定需要較高的焊接溫度46無鉛焊接的基本特點(diǎn)2. 無鉛焊料的潤濕性弱于傳

18、統(tǒng)的Sn-Pb焊料，因此需要開發(fā)新型助焊劑來進(jìn)行彌補(bǔ)47電子元器件的耐熱性問題48電子元器件的耐熱性問題日本Epson公司49電子元器件的耐熱性問題日本Epson公司50電子元器件的耐熱性問題日本Epson公司51無鉛手工烙鐵焊 推薦使用恒溫電烙鐵 烙鐵頭溫度至少應(yīng)該為350oC，建議設(shè)定為370oC 建議購買高品質(zhì)烙鐵頭 電烙鐵必須具備優(yōu)良的回溫性能52無鉛手工烙鐵焊通過培訓(xùn)使工人掌握正確的手工烙鐵焊方法及日常維護(hù)方法53高Sn含量的無鉛焊料對(duì)不銹鋼材料具有很強(qiáng)的腐蝕性 無鉛波峰焊 - 設(shè)備材料54無鉛波峰焊 - 設(shè)備材料304不銹鋼 316不銹鋼板材浸錫試驗(yàn)表明不銹鋼材料很容易被高Sn焊料

19、合金潤濕并進(jìn)一步腐蝕55無鉛波峰焊 - 設(shè)備材料無鉛波峰焊設(shè)備至少在關(guān)鍵部件/經(jīng)常接觸熔融無鉛焊料的部件上采用鈦合金材料 設(shè)備材料應(yīng)采用抗高Sn焊料腐蝕的金屬，如鈦合金56無鉛波峰焊 - 設(shè)備設(shè)計(jì) L 1.2m 無鉛波峰焊的焊接溫度較高(一般設(shè)定為260oC)，為減少印刷電路板組裝件與波峰接觸時(shí)的熱沖擊，需要增加預(yù)熱時(shí)間。最好的解決方法是增加設(shè)備的預(yù)熱區(qū)長度，同時(shí)至少有2個(gè)預(yù)熱溫區(qū)57無鉛波峰焊 - 焊料氧化問題 不同溫度下SnO2和PbO的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能國外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，無鉛焊料的錫渣量是有鉛焊料的2.4倍58無鉛波峰焊 - 銅溶解問題 印刷電路板上的Cu會(huì)不斷向熔融焊錫中溶解 焊錫中Cu含量超過1.5-2.0wt%時(shí)會(huì)導(dǎo)致焊接不良 建議定期取樣測(cè)試，并通過添加Sn-0.3Cu等方法來調(diào)整 密度數(shù)據(jù)，g/cm3Sn63-Pb37: 8.40Cu6Sn5: 8.28無鉛焊料: 7.4059無鉛波峰焊的工藝參數(shù) -溫度曲線示例 注：沒有一條適用于任何組裝條件的溫度曲線 預(yù)熱溫度 120-150oC傳送帶速度：1.2-1.4m/min錫爐溫度：255-270