有鉛工藝和無(wú)鉛工藝的區(qū)別
最近有很多電子行業(yè)的朋友問(wèn)起：“有鉛工藝和無(wú)鉛工藝之間的差別到底在哪里?價(jià)格差那么大，對(duì)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(shuō)無(wú)鉛工藝還不如有鉛工藝，無(wú)鉛工藝單波峰焊接不了等問(wèn)題;今天就特地就這個(gè)問(wèn)題和大家探討一下，發(fā)表一些我的個(gè)人看法。
趨勢(shì)
首先我們來(lái)看看有鉛和無(wú)鉛的趨勢(shì)，隨著國(guó)際環(huán)保要求逐步提高，無(wú)鉛工藝成為電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然過(guò)程。盡管無(wú)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(wú)鉛工藝完全代替有鉛這是一個(gè)必然的結(jié)果。但是無(wú)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(wú)鉛工藝更好地替代有鉛工藝。讓rosh環(huán)保更廣泛的普及，達(dá)到既盈利又環(huán)保的雙贏目標(biāo)。
現(xiàn)狀
當(dāng)前國(guó)內(nèi)許多大公司也沒(méi)有完全采用無(wú)鉛工藝而是采取有鉛工藝技術(shù)來(lái)提高可靠性，在機(jī)車(chē)行業(yè)中西門(mén)子和龐巴迪等國(guó)際知名公司也沒(méi)有完全采用無(wú)鉛工藝進(jìn)行生產(chǎn)，而是盡量豁免。
當(dāng)前有許多專業(yè)也認(rèn)為無(wú)鉛技術(shù)還有許多問(wèn)題有待于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，如著名工藝專家李寧成博士也認(rèn)為當(dāng)前的無(wú)鉛工藝技術(shù)的發(fā)展還沒(méi)有有鉛技術(shù)成熟，如先前的無(wú)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(diǎn)可靠性有些問(wèn)題，有人建議將Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到1%~2%，但是現(xiàn)在時(shí)常上還沒(méi)有這種焊料合金的產(chǎn)品。同時(shí)無(wú)鉛焊接的電子產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有有鉛焊接生產(chǎn)的電子產(chǎn)品豐富。
比較
有鉛工藝技術(shù)有上百年的發(fā)展歷史，經(jīng)過(guò)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(shù)，這主要取決于有鉛焊料合金的特點(diǎn)。
有鉛焊料合金熔點(diǎn)低，焊接溫度低，對(duì)電子產(chǎn)品的熱損壞少;有鉛焊料合金潤(rùn)濕角小，可焊性好，產(chǎn)品焊點(diǎn)“假焊”的可能性小;焊料合金的韌性好，形成的焊點(diǎn)抗震動(dòng)性能好于無(wú)鉛焊點(diǎn)。
無(wú)鉛焊接工藝從目前的研究結(jié)果中摸索有可替代合金的熔點(diǎn)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(lái)，起熔點(diǎn)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(shí)際上，工藝窗口的縮小遠(yuǎn)比理論值大。因?yàn)樵趯?shí)際工作中我們的測(cè)溫法喊有一定的不準(zhǔn)確性，加上DFM的限制，以及要很好地照顧到焊點(diǎn)“外觀”等，回流焊接工藝窗口其實(shí)只有約14℃。
240℃
203℃過(guò)熱-37℃ 260℃
237℃過(guò)熱-23℃
含鉛工藝窗口含鉛工藝窗口
過(guò)冷過(guò)冷
圖： 有鉛工藝窗口和無(wú)鉛工藝窗口對(duì)比
不只是工藝窗口的縮小給工藝人員帶來(lái)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(xiàng)就是高溫焊接過(guò)程中的氧化現(xiàn)象。我們都知道，氧化層會(huì)使焊接困難、潤(rùn)濕不良以及造成虛焊。氧化程度除了器件來(lái)料本身要有足夠的控制外，擁護(hù)的庫(kù)存條件和時(shí)間、加工前的處理(例如除濕烘烤)以及焊接中預(yù)熱(或恒溫)階段所承受的熱能(溫度和時(shí)間)等都是決定因素。
由于無(wú)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(rèn)為氮?dú)夂附迎h(huán)境的使用也許有必要。氮?dú)夂附幽軌驕p少熔錫的表面張力，增加其濕潤(rùn)性。也能防止預(yù)熱期間造成的氧化。但氮?dú)夥侨f(wàn)能，它不能解決所有無(wú)鉛帶來(lái)的問(wèn)題。尤其是不可能解決焊接工藝前已經(jīng)造成的問(wèn)題。
在目前的回流焊接設(shè)備中，使用強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流原理的爐子設(shè)計(jì)是主流。熱風(fēng)對(duì)流技術(shù)在升溫速度的可控性以及恒溫能力方面較強(qiáng)。在加熱效率和加熱均勻性以重復(fù)性等方面較弱。這些弱點(diǎn)，在含鉛技術(shù)中體現(xiàn)的并不嚴(yán)重，許多情況下還可以被接受。隨著無(wú)鉛技術(shù)工藝窗口的縮小和對(duì)重復(fù)性的更高要求，熱風(fēng)對(duì)流技術(shù)將受到挑戰(zhàn)。
