無鉛化挑戰的電子組裝與封裝時代
一、無鉛化的起源
將金屬鉛用作低溫焊料已有多年的歷史，其優點在于鉛錫合金在較低溫度下易熔化，而且鉛的儲量豐富、價格便宜。但Pb是一種有毒的金屬，已經廣為人知：對人體有害，并且對自然環境的破壞性很大，尤其廢棄的電子器件垃圾中鉛的滲透產生的污染，含鉛器件的再利用過程中有毒物質的擴散等。隨著人們環保意識日益增強，作為污染土壤和地表水的潛在因素，人們對鉛限制使用的呼聲越來越高；盡管電子組裝與封裝行業所用的鉛占不到世界鉛耗量的1%，但行業所廢棄的焊接件占廢棄鉛元素比例迅速增加，因此表面貼裝業的無鉛化已成為社會共識。
90年代初，美國率先提出了無鉛工藝并制定了一個標準來限制產品中的鉛含量，但由于當時無鉛工藝還不成熟，加上這樣做會加大廠商的制造成本，所以標準最終未能執行。但無鉛工藝的發展沒有停滯，制造商正在積極討論在材料、回流焊溫度、PCB、裝配過程和檢測等方面制定統一的標準。
“無鉛概念”90年代末起源日本，2003年末電子工業大約70%～80%已生產無鉛產品，日本電子信息技術產業協會將在2005年全部實現無鉛化：無鉛焊料應用于所有元件、材料和產品中。日本的無鉛化進程主要是由其產業界驅動，日本的JEIDA（日本電子工業發展協會）已提出新產品中的無鉛化路線圖：日立公司2001年實現無鉛，并建成36條無鉛電裝生產線；松下公司2001年前全部消費電子產品實現無鉛；索尼公司2001年除了高密度封裝外，產品已實現無鉛；東芝公司2002年對手機實現無鉛；富士通公司2002年12月實現所有產品無鉛化；日本OEMS公司2001到2002年按計劃分步驟地禁止使用電子鉛料。同時日本頒布了一些相應的法律：《家電回收法》、《綠色采購法》和《資源有效利用促進法》。
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二、無鉛焊料發展狀況
隨著2006年無鉛化的最終期限日益臨近，無鉛化技術挑戰中，無鉛材料的供應是個重大的問題。無鉛化，主要在于無鉛焊料的選擇及焊接工藝的調整，其中尤以無鉛焊料的選擇最為關鍵。
無鉛焊料與有鉛焊料主要區別在以下幾個方面：一、成分區別：通用6337有鉛焊絲組成比例為：63％的Sn，37％的Pb，無鉛焊絲的主要組成復雜（以Alphametal的reliacore15為例：96.5%Sn；3.0％Ag；0.5％Cu）；二、熔點及焊接溫度：一般來說通用6337有鉛焊絲熔點為183℃、焊接溫度為350℃，無鉛焊絲熔點為220℃、焊接溫度為390℃。選擇無鉛焊料的原則是：熔點盡可能低、結合強度高、化學穩定性強。人們先后研究過許多錫基合金，發現Sn-3.5Ag是眾多無鉛焊料的基礎，溶點221O℃（Sn-Pb焊料的熔點為183O℃），液態下表面張力大、潤濕性差、強度高、抗蠕變性強。Sn-3.8Ag-0.7Cu：熔點217O℃，Cu的引入不僅降低了熔點，且顯著改善了潤濕性能；245O℃即具有很好的潤濕性，但在表面貼裝時，由于大元件較大的熱容量，回流焊溫度需提高到260O℃；對有引線及無引線元件的熱循環試驗表明，Sn-Ag-Cu不比Sn-Pb焊料差。
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三、無鉛焊接技術
無鉛焊接技術是針對焊料材料的變化，在傳統的Sn-Pb焊料焊接技術上的突破與改進。一般焊接技術是把元器件固定在PCB板上，其作業目的如下：（一）機械的連接：把兩個金屬連接，相互固定；（二）電氣的連接：把兩個金屬連接，良好電氣導通。這種電氣的連接是焊接作業的特征，是粘合劑所不能做到的。
焊接技術按焊接作業特征分為兩種：①一次可以完成大量的焊接，例：利用噴流槽進行的波峰焊接技術，采用黏膠狀焊膏；②簡單可以修正的手工焊接，采用絲狀焊錫。大量焊接一般用在工廠流水線批量生產上，與我們日常應用離得很遠；在日常工作中我們一般接觸手工焊接技術。手工焊接雖然有人員使用上熟練程度的差異，但無鉛化給我們提出了新的挑戰。由于無鉛焊料熔點高、潤濕性差、擴散性不好，會產生一些更棘手的問題：焊點的氧化嚴重，造成導電不良、焊點脫落、焊點不光澤等質量問題。現在，市面上有一些提供手工焊接的廠家已對無鉛化手工焊接設備，提出了許多可操作與可行的解決方案，例Weller、Hakko、Metcal等公司的代表產品：Hakko的代表產品FR-801、FX-951等，Metcal的代表產品MX500、SP200等，Weller的代表產品WD1000、WD2000、WSD81、WSD151等。
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