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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Sn／Pb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/L—199ug/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/L—199ug/L轻度铅中毒：血铅水平为100ug/L—199ug/L中度铅中毒：血铅水平为200ug/L—249ug/L重度铅中毒：血铅水平为250ug/L—449ug/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铅焊料的提出阶段1991年和1993年，美国参议院提出“ReidBill”，要求将电子焊料中铅含量控制在0．1％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-freeRoadmap2002(ver.2.1)》及英国SOLDERTEC公司2003年2月所公布之「SecondEuropeanLead-freeSolderingTechnologyRoadmap2002」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月通过了RoHS指令，全称是TheRestrictionoftheuseofcertainHazardoussubstancesinElectnicalandElectronicEquipment,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，耗资超过2000万美元，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PanasonicMiniDiscMJ30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)：合金必须能够提供Sn63／Pb37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150℃，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替代元素作用缺陷锑（Sb）锑的加入（0.25％﹣0.50％Sb）,通过锑与银和锑与铜的金属间结构，可以提供更高的温度阻抗铋（Bi）铋可以降低Sn／Zn的熔点，是目前最常用的一种无铅焊料随着铋的增加，焊料的溶化间隔即溶液间隔增大，会使合金熔点降低，脆性也比有铅焊料大铜（Cu）铟(In)可使Sn合金的液和线相线降低，目前很少用这种配方其耐热疲劳，延展性，加工性差等银（Ag）锡（Sn）锌（Zn）锌可降低锡的熔点若锌的增加高于9％后，熔点就会上升目前已出现的无铅焊料种类规格熔点／℃特点Sn(锡)／Ag(银)系列Sn96.5﹣Ag221强度，耐热疲劳，力学性能方面等优于Sn／Pb共品焊料。Sn95﹣Ag221﹣245其他合金比例220﹣245Sn(锡)／Cu（铜系列Sn99.3﹣Cu200﹣227高强度，焊接性好，浸焊，力学性能略差成本低Sn99﹣Cu200﹣227其他合金比例200﹣230Sn(锡)／Ag／CuSn95.6﹣Cu／Ag217熔点低，物理机械性能好，可焊性好Sn／Sb(锑)系列Sn99﹣Sb232﹣240高强度焊接性好Sn99﹣Sb234Sn系列Sn100232针对工艺品的焊接Sn／Zn(锌)195﹣200容易被氧化保存性差Sn／Bi(铋)140﹣180保存性好，润湿性好，耐热性差无铅焊料焊接特点（１）无铅焊接的主要特点（Ａ）高温、熔点比传统有铅共晶焊料高３４℃左右。（Ｂ）表面张力大、润湿性差。（Ｃ）工艺窗口小，质量控制难度大。（２）无铅焊点的特点（Ａ）浸润性差，扩展性差。（Ｂ）无铅焊点外观粗糙。传统的检验标准与ＡＯＩ需要升级。（Ｃ）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。（Ｄ）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。（２）无铅波峰焊接Ｓn锅中焊料温度高达２５０－２６０℃，Ｓn在高温下有溶蚀Ｓn锅的现象，温度越高熔蚀性越严重，而且无铅焊料中Ｓn成分占９９％，比有铅焊料多４０％，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Ｓn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ＰＣＢ表面的温度差，要求Ｓn锅温度均匀，（３）由于高熔点，ＰＣＢ预热温度也要相应提高，一般为１００－１３０℃。为了ＰＣＢ内外温度均匀，预热区要加长。使缓慢升温。焊接时间３－４s。两个波之间的距离要短一些。（４）对于大尺寸的ＰＣＢ，为了预防ＰＣＢ变形，传输导轨增加中间支撑。（５）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ＣＨＩＰ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Ｓn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。（６）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。（７）要密切关注Ｓn－Ｃu焊料中Ｃu的比例，Ｃu的成分达０.２％，液相温度改变多达６℃。这样的改变可能导致动力学的改变以及焊接质量的改变。Ｃu比例超过１％，必须换新焊料。由于Ｃu随工作时间不断增多，因此一般选择低Ｃu合金。（８）波峰焊时通孔元件插装孔内上锡高度可能达不到７５％（传统Ｓn\Ｐb要求７５％），因此要求从ＰＣＢ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。（９）由于高温，Ｓn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（Ｎ２）可以减少焊Ｓn渣的形成。当然也可以不充Ｎ２，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，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