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1、电子产品无铅化,危害性材料的定义,有害的废料定义为任何可能“在不适当处理、储存、运输或管理时，对人类健康和环境造成实际存在的或潜在的威胁”的东西，而铅是一种有毒的重金属，每年在电子行业中都会使用大量的含铅材料或成品，由此形成含铅盐的工业渣滓，不仅会对人体造成影响，而且对环境也造成重要的污染。,铅对人体的危害 铅对环境的危害 无铅焊料的要求及种类 已出现的无铅焊料 无铅焊料的发展 什么是铅中毒,铅对人体的危害,铅对人的影响很大：人体通过呼吸、进食、皮肤吸收等都有可能吸收铅或其化合物。铅被人体器官摄取后，将抑制蛋白质的正常合成功能，危害人体中枢神经，造成精神混乱、呆滞、生殖功能障碍、贫血、高血压等
2、慢性疾病。而铅对儿童的危害更大，会影响其智商和正常发育（美国职业安全与健康管理署（OSHA）标准，见图1：成人血液中铅含量应低于50mg/dl,儿童血液中铅含量应低于30mg/dl）。,铅对环境的危害,电子工业中大量使用的Sn/Pb合金焊料是造成污染的重要来源之一。在制造和使用Sn/Pb焊料的过程中，由于熔化温度较高，有大量的铅蒸发气逸出，将直接严重影响操作人员的身体健康。波峰焊设备在工作中产生的大量的富铅焊料废渣，对人类生态环境污染极大；而那些丢弃的各种电子产品、PCB上所含的铅也不容忽视。这些被作为垃圾处理的废电产品埋入地下后，其中所含的铅可能会从电产品渗出进入地下水。近年来有关地下水中铅
3、的污染更引起人们的关注，除了废弃的蓄电池大量含铅外，以美国为例，每年随电子产品丢弃的PCB约一亿块，按每块含SnPb焊料10g，其中铅含量为40计算，每年随PcB丢弃的铅量即为400吨，当下雨时这些铅变成溶于水的盐类，逐渐溶解污染水，特别是在遇酸雨日寸，雨中所含的硝酸和盐酸更促使铅的溶解，流人我们的饮用水之中，从而污染水源，破坏环境。可溶解性使它在被人饮用后，逐渐在人体内累积，损害神经，导致呆滞、高血压、贫血、生殖功能障碍等疾病，浓度过大日寸，还可能致癌。,什么是“铅中毒,铅“Pb”，是多系统、多亲和性的重金属毒物，它不应存在于体内，铅在体内任何痕量的存在即会造成伤害。如达到一定浓度，还会对儿
4、童大脑造成不可逆转的损害，所以人体内理想的血铅浓度应为“零”。 鉴于环境污染和经济发展水平的制约，我国卫生部门把100ug/L作为一个安全阀值，连续两次静脉血铅水平为100ug/L199ug/L之间的为高铅血症，连续两次静脉血铅水平等于或高于200ug/L为铅中毒，并依据血铅水平分为轻、中、重度铅中毒。 高铅血症：血铅水平为100ug/L199ug/L 轻度铅中毒：血铅水平为100ug/L199ug/L 中度铅中毒：血铅水平为200ug/L249ug/L 重度铅中毒：血铅水平为250ug/L449ug/L,电子产品无铅化的提出背景,无铅焊料的提出阶段 无铅焊料的发起阶段 无铅焊料的运用阶段,无
5、铅焊料的提出阶段,1991年和1993年，美国参议院提出“Reid Bill”，要求将电子焊料中铅含量控制在01以下。由于当时所有的电子产品都离不开有铅焊料，有铅焊料发展得相当成熟，而在那时人们对生态环境的保护意识还不够，对铅对人体损伤的认识不足，因而没有受到重视。 日本JEITA于2002年9月公布的Lead-free Roadmap 2002 (ver. 2.1)及英国SOLDERTEC公司2003年2月所公布之Second European Lead-free Soldering Technology Roadmap 2002做为电子也无铅化的知道纲要 欧盟议会和欧盟理事会于2003年1
6、月通过了RoHS指令，全称是The Restriction of the use of certain Hazardous substances in Electnical and Electronic Equipment,即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令，也称2002/95/EC指令，2005年欧盟又以2005/618/EC决议的形式对2002/95/EC进行了补充，明确规定了六种有害物质的最大限量值。该指令已经于2006年7月1日强制执行。,无铅焊料的发起阶段,从1991年起NEMI、NCMS、NIST、Drr、NPL、PCIF、ITRI、JIEP等组织相继开展无铅焊料的专题研究
7、，耗资超过2 000万美元，目前仍在继续。,无铅焊料的运用阶段,在1998年10月，第一款批量生产的无铅电子产品Panasonic MiniDisc MJ30问世。20世纪90年代中叶，日本和欧盟作出了相应的立法：日本规定2001年在电子工业中淘汰铅焊料，在2004一年禁止生产或销售使用有铅焊料焊接的电子生产设备；而欧美在2006年禁止生产或销售使用有铅材料焊接的电子生产设备，但是由于无铅焊料还存在技术上的原因，有可能到2008年才能实现电子产品无铅化。,无铅焊料的要求,波峰焊用焊条：为成功实现波峰焊，液相温度应低于265。 手工焊用焊锡丝：液相温度应低于烙铁工作温度345。 焊膏：液相温度应
8、低于250。 导电性：这是电子连接的基本要求。 导热性好：为了能散发热能，合金必须具备快速传热能力。 较小的固液共存范围：大多数专家建议此温度范围控制在10之内，以便形成良好的焊点，从而达到最佳的焊接状态和较少的缺陷。如果合金凝固范围太宽，则有可能发生焊点干裂，使电子产品过早损坏。 低毒性：合金及其成分必须无毒，此项要求将镉、铊和汞排除在考虑范围之外；有些人也要求不能采用有毒物质所提炼的副产品，因而也有可能将铋排除在外，因为铋主要来源于铅提炼的副产品。 具有良好的润湿性：在现有设备和免清洗型助焊剂条件下该合金应具备充分的润湿度，才能够与常规免清洗焊剂一起使用。,良好的物理特性(强度、拉伸、疲劳
9、)：合金必须能够提供Sn63Pb37所能达到的强度和可靠性，而且不会在通过器件上出现突起的角焊缝(特别是对固液共存温度范围较大的合金)。 生产的可重复性、焊点的一致性：由于电子装配工艺是一种大批量制造工艺，要求其重复性和一致性要保持较高的水平，如果某些合金成份不能在大批量条件下重复制造，或者其熔点在批量生产时由于成份的改变而发生较大的变化，便不能予以考虑。 焊点外观：焊点外观应与锡焊料的外观接近。 与铅的兼容性：由于短期内不会立刻全面转型为无铅系统，所以铅可能仍会用于PCB焊盘和元件的端子上，若焊料中掺人铅，可能会使焊料合金的熔点降得很低，强度大大降低。 熔点：大多数厂家要求固相温度最小为15
10、0，以满足电子设备的工作要求。液相温度则视具体应用而定，而无铅焊料一般都比有铅焊料的温度高30。,可替代铅的七种元素,目前已出现的无铅焊料,无铅焊料焊接特点,（） 无铅焊接的主要特点 （）高温、熔点比传统有铅共晶焊料高左右。 （）表面张力大、润湿性差。 （）工艺窗口小，质量控制难度大。 （） 无铅焊点的特点 （）浸润性差，扩展性差。 （）无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与需要升级。 （）无铅焊点中气孔较多，尤其有铅焊端与无铅焊料混用时，焊端（球）上的有铅 焊料先熔，覆盖焊盘，助焊剂排不出去，造成气孔。但气孔不影响机械强度。 （）缺陷多由于浸润性差，使自定位效应减弱。,无铅焊料焊接要求,无铅波峰
11、焊接的主要特点也是高温、润湿性差、工艺窗口小。质量控制难度比再流焊更大。 （） 无铅波峰焊接n锅中焊料温度高达，n在高温下有溶蚀n锅的现象，温度越高熔蚀性越严重，而且无铅焊料中n成分占，比有铅焊料多，如果采用传统的不锈钢锅胆进行无铅焊，大约三个月就会发生漏锅现象。因此要求波峰焊设备的n锅，喷嘴耐高温、耐腐蚀，目前一般采用钛合金钢锅胆，或在锅胆内壁镀防护层。 由于无铅焊料的浸润性差，工艺窗口小，焊接时为了减小表面的温度差，要求n锅温度均匀， （） 由于高熔点，预热温度也要相应提高，一般为。为了内外温度均匀，预热区要加长。使缓慢升温。焊接时间s。两个波之间的距离要短一些。 （） 对于大尺寸的，为了
12、预防变形，传输导轨增加中间支撑。 （） 由于高温，为了防止焊点冷却疑固时间过长造成焊点结晶颗粒长大，波峰焊设备应增加冷却装置，使焊点快速降温。但是冷却速度过快又可能对陶瓷体结构的元件伤害，有可能会使无件产生开裂，因此还要控制不要过快冷却。另外对n锅吹风会影响焊接温度，因此还要考虑采用适当的冷却手段。,（） 由于高温和浸润性差，要提高助焊剂的活化温度和活性，工艺上可增加一些助剂涂覆盖。 （） 要密切关注nu焊料中u的比例，u的成分达.，液相温度改变多达。这样的改变可能导致动力学的改变以及焊接质量的改变。u比例超过，必须换新焊料。由于u随工作时间不断增多，因此一般选择低u合金。 （） 波峰焊时通孔
13、元件插装孔内上锡高度可能达不到（传统nb要求），因此要求从孔径比的设计、助焊剂活性与涂覆量、波峰温度、波峰高度、导轨的倾斜角度等方面综合考虑。 （） 由于高温，n会加速氧化，因此无铅波峰焊工艺还有一个很大的缺点是产生大量的残渣，充氮气（）可以减少焊n渣的形成。当然也可以不充，或者加入无铅锡渣还原粉，将产生大量的残渣还原后重复利用，但一定要比有铅焊接更注意每天的清理和日常维护。,如何实现无铅化,政府方面：应该拿出一定的资金，设立无铅制造专项计划，积极组织有能力的大学或科研部门的研究力量，与企业相配合，以攻关的形式，在几个大的方面争取有所突破，此外还应该对已实现无铅技术产品化的企业给予政策上的优惠
14、，如减税等。鼓励企业或研究机构与国外加强合作，充分利用国外已有的经验和技术，加快无铅制造的转型。 电子类协会应发挥有效的作用：协会应该是各个企业的牵头人，把行业的特点、需要等传达到政府。 企业方面：要应该立即着手确定无铅化日程表，积极参与这一转换过程，脚踏实地地推进本企业的无铅化进程。作为电子制造企业，要适应无铅化组装的趋势，应开展以下几项工作：根据自身的产品性质，选择正确合理的无铅焊料；做好无铅化组装量产现场的生产管理；提高判断能力，对组装过程中发生的不良点，能尽快出台纠正措施；搜集有用的应用数据，建立无铅化的应用数据库；加快培养无铅化组装的专业技术和工艺制程人才、生产组织管理人才；积极参加有关无铅化组装技术的研讨或培训，全面提高专业水平。,无铅化标志,谢谢观赏,
