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1、首届中国( 天津) 国际绿色电子削造技术与产业发展研讨会无铅钎料的发展现状马鑫吴建新( 亿铖达工业有限公司，深圳5 1 8 1 0 1 )擅要：随着绿色电子组装概念的兴起，无铅钎料的开发与应用受到了广泛关注本文综述了无铅钎料的发展历史和现有的研究成果，并展望了其未来发展趋势。T h ec u r r e n ts t a t u so fL e a d f r e es o l d e ra l l o y sM A X i n W UJ i a nx i n( V i k S h i n g T a t I n d u s w i a l C oL t d S h e n z h e n5
2、1 8 1 0 1 )A b s t r a c t ：W i t ht h er e q u i r e m e n to fg r e e ne l e c 仃o n i 。p a c k a g i n ga n da s s e m b l y , t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fl e a d - f r e es o l d e r a l l o y sh a sb e e ng r c a t l yc o n c e r n e d I nt h i sa r t i c l e ，t h ed e
3、 v e l o p i n gh i s t o r ya n dc u r r e n t s e a r c hr e s u l t so f l e a d - f l e es o l d e ra l l o y sh a v eb e e nr e v i e w e d 。a n dt h ee x p e c t e dt e n d e n c yi sf o r e c a s t e d ag u i d e l i n e 1 引言s n P b 钎料，特别是S n 6 3 P b 3 7 共晶钎料，由于其具有熔点低、润湿性好、生产成本低等诸多优点，一直以来被广泛用
4、于电子组装工艺，如电子元器件外引线与印刷电路板焊盘之间的连接。但是铅是一种有毒的金属元素，美国环境保护署将铅及其化合物列为1 7 种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一。因此含铅的工业制品在民用领域内逐渐受到限制甚至淘汰。最早是在饮水管道和食品机械的焊接中禁止使用含铅的焊料，后来叉出现无铅的颜料与涂料，以及无铅汽油。现在这一发展趋势扩展到了电子组装领域，S n - P b 钎料被无铅钎料所取代正在成为现实。2 无铅钎料的发晨历史1 9 9 1 年美国参议院提出雷德法案( “T h eR e i dB i l l ”s 3 9 1 ，其发起人之一是美国前副总统戈尔) ，要求减少工业用品中铅的
5、使用量，并提出将电子装联用软钎料合金中的铅含量控制在0 1 以下。这一提案f 包括1 9 9 3 年的修正案s 7 2 9 ) 最终遭到美国工业界的强力反对而夭折。但从此无铅钎籽和绿色电子组装的概念在世界范围内得到了广泛响应，特别是日本和欧洲方面已经走在了美国的前面。在无铅钎料的研究开发和发展规划方面，美国方面的代表机构是N E M I ( N a t i o n a lE l e c t r o n i c sM a n u f a c t u r i n gI n i t i a t i v e ) 和I P C ( A s s o c i a t i o nC o n n e c t i
6、 n gE l e c t r o n i c sI n d u s t r i e s ) ，欧洲方面是第1 员首届中国( 天津) 国际绿色电予制造技术与产业发展研讨套S O L D E R T E C 日本方面是J I E T A ( J a p a nE l e c t r o n i c sa n dI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g yI n d u s t r i e sA s s o c i a t i o n ) 。自9 0 年代初期，三方联合各自区域内的世界著名电子厂商和原材料供应商，就无铅钎料的选择和应用进行了广泛深入的研究，并分别
7、发布了各自的无铅钎料发展规：l J ( R o a d m a p l ，其最新版可参见文献【1 3 1 。2 0 0 2 年1 1 月，三方代表聚集R 本东京，_ 共同签署了世界无铅软钎焊发展规划的框架协议( F r a m e w o r ko f W o r l d L e a d - f r e eS o l d e r i n g R o a d m a p ，主要内容请见附录A ) ，建议世界范围内电了产品制造商在2 0 0 4 年底之前实现屯子元器件的无铅化封装，2 0 0 5 年底之前完全实现电子产品和设各的无铅化组装。如果说上述活动属于民间自发行为，不具备法令效力的话，那么2
8、 0 0 3 年2 月1 3E t 欧洲议会和欧盟委员会正式批准W E E E ( W a s t eE l e c t r i c a la n dE l e c t r o n i cE q u i p m e n t ) 肃IR H S ( R e s t r i c t i o no fH a z a r d o u sM a t e r i a l s ) 官方指令生效，最终使接受无铅钎料和无铅电子组装成为历史必然。该指令( D i r e c t i v e s ) 指出自2 0 0 6 年7 月1 日起，在欧洲市场上销售的限制范围内的电子产品( 所涉及的电子产品种类请见附录B 和
9、文献 4 ，5 】) 必须为无铅的电子产品。这一指令的生效在世界范围内引起广泛反响，尽管美国和日本还没有相应的法令出台，但在市场竞争的压力下，全球同步实现无铅电子组装已经是不可逆转的发展趋势。3 无铅钎料的定义目前已经明确的是用来取代s n P b 合金的无铅钎料将是以s n 为基体的二元、三元甚至更多元合金，可能的合金元素包括A g ，C u ，s b ，I n ，B i ，z n 等。而这些金属元素的原材料中不可避免地含有微量P b 的杂质。要求无铅钎料中完全不含有P b 的微量杂质在工艺上来讲是不现实的，问题是无铅钎料中P b 的含量应该限制在多少以下? 国际上针对这一无铅钎料的定义问题
10、已经讨论了多年，但迄今为止尚没有最后结论。J E I T A 和S O L D E R T E C 发布的无铅软钎焊指南中均给出了无铅钎料中P b含量应控制在0 1w t 以下这一指标。本文作者也认为这一指标将在不远的将来成为无铅钎料的标准指标。目前国际标准组织I S O 正在开展制定无铅钎料标准的工作。必须指出的是对于已经在工业界应用了多年的二元系无铅钎料，如s n _ A g 、s n c u 合金等，其杂质台金元素的含量限制应该遵循已经存在的相应国际标准，如I S 0 9 4 5 3 和J I S z3 2 8 2 等。在这些标准中，P b 的含量一般限制在0 1 卅或0 0 5w t
11、以下。而对于尚未有相应国际标准的三元和更多元无铅钎料台金，本文作者建议在现阶段的生产中就应该争取将P b 的杂质含量控制在o 1w t 以下，以便于与即将出台的国际标准直接接轨。第2 页首届中国( 天津) 国际绿色电子制造技术与产业发展研讨会4 无铅钎料的成分迄今为止，见诸报道的无铅钎料成分不下百种，由于没有相应的国际标准可以依循，一定程度为钎料生产厂和使用商造成了困扰。在目前这种较为混乱的局面下，选择最有前景的，也就是最可能在未来成为通用无铅钎料的台金成分，的确是一个见仁见智的问题。就整体发展趋势而言，国际上目前普遍在关注s n - A g c u 三元合金。1 9 9 6 1 9 9 9
12、年欧盟发起了I D E A L S 研究计划，其最终结果之一是向工业界推荐s n - 3 8 A g - 0 7 C u 合金作为通用的标准无铅钎料。而2 0 0 0 年美国N E M I 正式向工业界推荐s n - 3 9 A g - 0 6 C u 合金。同年日本J E I T A 在日本国内开始大力推荐S n 3 O A g - O 5 C u 和S n 35 A g - 0 7 5 C u 合金。2 0 0 2 年底，三方代表共同签署的世界无铅软钎焊发展规划的框架协议中也推荐s n A g c u 台金作为通用无铅钎料。但在具体成分上，由于涉及到各自的经济利益而没有达成协议。需要指出的
13、是，尽管现阶段会出现几种主要无铅钎料( 如S n - 3 S A g ，S n - 0 7 C u ，S n A g C u ) 共存的局面，未来的发展趋势将倾向于一统的通用合金成分，否则不仅增加电子组装厂商的生产成本f 如根据不同客户的要求不断变换组装线上使用的钎料合金) ，而且将为产品维修等带来困扰，如维修部门必须预先知道每块电路板上( 可能来自不同的制造商) 所使用的钎料合金种类，并有相应的备料。5 寄语中国作为世界上最大的电子产品生产和加工基地，在快步与国际市场接轨的今天，推广无铅钎料和深入理解无铅电子组装的内涵也己成为迫在眉睫的问题。丽重中之重的问题主要有2 个。一个是钎料生产J +
14、 和电子产品制造商应该充分掌握国际发展形势，尽快确定自己要生产或使用的主要无铅钎料种类。而这种抉择要顺应世界的发展趋势，否则将造成不必要的投资浪费。另一个是应该尽快开展无铅电子组装的配套技术研究，如无铅钎料的配套钎剂、相应的波峰焊和或再流焊工艺等。而这些问题的解决。需要钎料生产厂、电子组装厂和电子产品制造商之间的充分交流与合作。参考文献【1 】C h a l l e n g e sa n de f f o r t st o w a r d sc o m m e r c i a t i z a t i o t 、o fl e a d - f r e es o l d e rV e r s b n
15、2 1 ，J t E T A ，2 0 0 2【2 】S e c o n dE u r o p e a nL e a d - f r e es o l d e n n gt e c h n o l o g ym a d m a p S O L D E R T E C 。2 0 0 3【3 】Ag u i d ef o ra s s e m b l yo fL e a d - f r e ee l e c t r o n i c sI P CR o a d m a pD r a f tI V , 2 0 0 0【4 D i r e c t i v e2 0 0 2 9 6 E Co ft h e
16、E u r o p e a nP a r l i a m e n ta n dC o u n c i lo nw e e t ee l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce q u i p m e n t ( W E E E ) ，O f f i c i a lJ o u r n a lo fE u r o p e a nU n i o n 2 0 0 3第3 页首届中筒( 天津) 国际绿色电子削造技术与产业发展研讨套【5 】D i r e c t i v e2 0 0 2 9 5 E Co ft h eE u r o p e a nP a r l i a m e n ta n dC o u n c i lo nt h er e s t r i c t i o no ft h eu s eo fc e r t a i nh a z a r d o u ss u b s t a n c e si ne l e c
