為什麼要推動無鉛制程? 首先由鉛(Pb)講起
一般我們常見的錫線是 60/40 (錫Sn/鉛Pb 比例)，講究一點的會使用 63/37，甚至?xí)褂煤yAg的錫線！ 至於不含鉛的焊錫線有甚麼好處，主要針對地球環(huán)境的保護。 鉛(Pb)是目前電子產(chǎn)品中焊錫的主要成份之一，於很多的焊接用合金中，鉛錫(Pb-Sn)合金具有低成本與適當(dāng)?shù)碾娖髋c機械性質(zhì)，因此，Pb-Sn焊錫合金一直是使用*廣的焊接劑材料。 美國環(huán)境保護署(EPA)指出，鉛及其化合物是17種嚴(yán)重危害人類壽命與自然環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)之一。 人體中存在過量的鉛將導(dǎo)致神經(jīng)和再生系統(tǒng)紊亂、發(fā)育遲緩、血色素減少并引發(fā)貧血和高血壓等**。 成年人血液中的鉛含量如果超過80～100μg／100ml，就會出現(xiàn)中毒癥狀。 當(dāng)環(huán)境中的鉛被人體吸收以後，會存積在腦中，抑制腦中葡萄糖的代謝過程，導(dǎo)致腦組織缺氧，如果積蓄到一定程度，便會使人出現(xiàn)貧血、肝炎、肺炎、肺氣腫、心絞痛、神經(jīng)衰弱、及彌漫性腦組織損傷等多種癥狀。 權(quán)威調(diào)查顯示，現(xiàn)代人體內(nèi)的平均含鉛量已大大超過1,000年前古人的500倍，因此對鉛污染的控制刻不容緩。
世界大國推動無鉛環(huán)境的現(xiàn)況 歐洲與日本非常熱衷於電子業(yè)"禁鉛令"(Lead Ban)的立法 日本消費電子產(chǎn)品廠商已於2001年**使用無鉛焊料； 歐盟亦立法宣布2006年7月1日之後，所有新電子設(shè)備上市時都不可含鉛。 美國加州RoHS即將於2007年1月1日實施 2006年11月15日起，法國WEEE回收體系將正式開始運作。屆時，法國消費者可將廢棄的電子電器設(shè)備，送交經(jīng)銷商或當(dāng)?shù)鼗厥拯c進行回收。 相對於歐盟RoHS，美國加州(California)於今年5月31日表決通過A.B.2002修正案，現(xiàn)已提交加州參議院(CaliforniaState Senate)做進一步考量，限制如歐盟所規(guī)范之電子電機產(chǎn)品內(nèi)關(guān)于鉛、鎘、汞、六價鉻等四類重金屬的含量。 RoHS針對所有生產(chǎn)過程中以及原材料中可能含有上述六種有害物質(zhì)的電氣電子?品，主要包括：白家電，如電冰箱，洗衣機，微波爐，空調(diào)，吸塵器，熱水器等，黑家電，如音頻、視頻?品，DVD，CD，電視接收機，IT商品，數(shù)位用品，通訊用品等；電動工具，電動電子玩具,醫(yī)療電氣設(shè)備。
美國環(huán)保署使用的評量工具稱為EPEAT(Electronic ProductEnvironmental AssessmentTool)，是美國政府為滿足大型機構(gòu)(包含政府機關(guān)與私人企業(yè))采購綠色電子產(chǎn)品需求資助成立的的一項工具。 EPEAT由公家與私人采購單位、制造商、非營利機構(gòu)、政府、廢電子產(chǎn)品回收業(yè)者、學(xué)術(shù)機關(guān)共同於2004年11月發(fā)展完成，該系統(tǒng)於2006年6月正式啟用。 EPEAT是獨立之非營利單位-美國綠色電子委員會(Green Electronic Council)為該系統(tǒng)實際之負(fù)責(zé)單位。
無鉛焊料為什麼到今天非歐洲地區(qū)仍然不太盛行？
可靠度的殺手之一“錫晶須” 錫晶須在整個業(yè)界皆被認(rèn)為是無鉛產(chǎn)品認(rèn)證的可靠性考量因素之一???? 為了控制錫晶須的產(chǎn)生，美國國家半導(dǎo)體建議可采取了下列措施 1. 建立在電鍍完成的24小時以內(nèi)，以一小時 150°C 處理電鍍後降溫程序（post-plate）。 2. 建立*低的8微米鍍層厚度，有別於一般電鍍厚度維持在12微米的水準(zhǔn)。 錫晶須通常會在電鍍過程中由晶格間應(yīng)力產(chǎn)生，并且在鍍錫層或錫合金電鍍產(chǎn)品上產(chǎn)生。 在電鍍之後，先經(jīng)過數(shù)千小時的潛伏期後，便有可能開始生成錫晶須（自然形成），如有其他自然環(huán)境條件加上電器特性環(huán)境將會加速形成。 長晶潛伏期的時間長短則需視鍍錫層厚度、鍍錫晶格結(jié)構(gòu)與基本金屬結(jié)構(gòu)而定。錫晶須在整個業(yè)界皆被認(rèn)為是考量可靠性的重要因素之一，因為錫晶須的確可以造成腳與腳互相連接而導(dǎo)致短路。
對適合的無鉛合金的要求
無鉛零件材質(zhì)的選擇 關(guān)于無鉛零件的*重要的便是零件本身與零件鍍層的耐溫性，一般來說SMT零件的耐溫性要求必須要達到260℃以上，另外零件腳的鍍層合金組成，Ni/Pd/Au，Ni/Pd，MatteSn(非亮面)(Sn/1-3%BiorSn/1-5%Ag)都是可以適用的，至於BGA或者CSP等零件的焊錫球建議使用Sn/Ag(3-4%)/Cu(0.5-1)此合金組成。
無鉛制程的SMT設(shè)備 一般來說，SMT無鉛制程所使用的Reflow建議需使用8個加熱區(qū)，若低於8個加熱區(qū)，并非不能用於無鉛制程，只是若爐子長度不夠，為符合使用無鉛制程所需的特徵，勢必要將Refolw速度降低，如此將會影響到產(chǎn)能。 另外由於無鉛焊材的沾錫性比63/37要差，因此若要改善吃錫性的話，除了添加多量活性劑於錫膏當(dāng)中之外，也只得靠氮氣來增加吃錫效果。*後*重要的便是冷卻區(qū)，由於無鉛的熔點比較高，為了使金屬固化的時候能夠更加緊密接合，加熱後的急速冷卻就變的相當(dāng)重要了，一般降溫速度將由以往的1℃/sec至少提升到2℃/sec以上會來的比較恰當(dāng)?shù)a凹、錫裂的問題必須同時得到改善。
無鉛制程的Dip設(shè)備 往用於63/37制程的波焊爐是無法使用於無鉛制程，主要原因為無鉛錫棒的熔點都較以往提升30~40℃，因此錫槽的加熱功率一定要提高，滿足熱補償?shù)乃俣炔抛銐?，目前各電子廠的測試作業(yè)溫度大多設(shè)定在(使用錫銀銅成分時260-270℃、使用錫銅成分時270-280℃)。另外由於長時間的使用無鉛焊材，當(dāng)中的高比例的錫成分，在長期高溫下很容易對錫槽璧產(chǎn)生侵蝕，因此以往使用不銹鋼作為錫槽原材將不足以克服此現(xiàn)象發(fā)生，所以各設(shè)備商紛紛以”鈦”合金試圖延長錫槽的壽命。
可靠度試驗 當(dāng)完成後的無鉛組裝板，必須執(zhí)行以下幾項的測試，以確保產(chǎn)品的可靠度： a.振動試驗(VibrationTest)&沖擊測試( Shock Test) b.冷熱沖擊或溫度循環(huán)測試 (Thermal Shock Test & Thermal Cycling Test) c.金相切片試驗(Cross Section Test) d.IC零件腳的拉力試驗( Pull Test) e.電阻電容的推力試驗( Shear Test) f.落下試驗(Drop Test----手機、GPS、筆記型電腦、、產(chǎn)品) 在完成以上任一項測試後建議對測試件執(zhí)行金相切片測試，以確保是否有晶格遭受破壞。例如BGA零件，IC零件，Chip零件，PTH零件，除以上零件之外若產(chǎn)品上有重要關(guān)鍵零組件也須一并進行，主要目的為觀察零件與PCB基板間的焊接狀態(tài)。
相關(guān)無鉛電子裝配的材料及工藝考慮的重要文件，明顯摘錄，現(xiàn)今使用無鉛制程下，所牽引出的嚴(yán)重問題。幾乎所有需要采用此一制程產(chǎn)品都受到考驗。問題如下---- · 生產(chǎn)**率焊著性變差、機械性能降低 · 材料成本 /失效成本 / 管理成本變高 · 制程溫度上升20~40c上下造成板彎板翹 · 峰值溫度更高達240~260oC周邊工具及相關(guān)技術(shù)、知識缺乏 · 伴隨產(chǎn)品功能中*重要的可靠性都無法接受環(huán)境考驗 · 產(chǎn)品初期及中後期品質(zhì)都受到嚴(yán)重影響尤其在下一波段的行動辦公室、汽車電子及行動語音系統(tǒng)無疑是一大考驗。