1 無鉛工藝概述
錫鉛焊料已經(jīng)伴隨著電子信息產(chǎn)業(yè)走過無數(shù)個(gè)春秋，錫焊工藝自電子業(yè)誕生以前都已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且一直以來成為電子制造中一個(gè)最關(guān)鍵而重要的環(huán)節(jié)。然而由于歐盟RoHS指令和中國《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》（以下簡稱“中國RoHS”）以及其它相關(guān)環(huán)保法規(guī)的實(shí)施，含有鉛等六種有害物質(zhì)的材料或工藝都立即或?qū)⒁唤故褂?，錫鉛焊料中由于含有高含量的有毒有害的鉛而在將被逐步禁止使用之列，現(xiàn)在有些國家或地區(qū)鉛錫焊料已經(jīng)被禁止使用。為此，可靠地使用了上千年的錫鉛焊料和工藝將被無鉛焊料和無鉛工藝所取代，由于環(huán)保組織不畏余力的推動(dòng)，以及法規(guī)的實(shí)施與市場競爭的影響，電子工業(yè)無鉛化的環(huán)保趨勢已經(jīng)不可阻擋。為了配合好RoHS法規(guī)的順利實(shí)施，本文將討論實(shí)施無鉛工藝所涉及的標(biāo)準(zhǔn)化問題。

廣義上來講，電子制造業(yè)就是一個(gè)互聯(lián)的行業(yè)，即將不同的材料粘結(jié)（或互聯(lián)）在一起生產(chǎn)出元器件，再將具有不同功能的元器件按照一定的原理互聯(lián)在一起形成組件，再將組件機(jī)械件組合（互聯(lián)）在一起就成為設(shè)備，將不同的設(shè)備組合（互聯(lián)）在一起就產(chǎn)生了系統(tǒng)。因此，我們可以認(rèn)為電子制造業(yè)就是一個(gè)由小到大的互聯(lián)工藝過程。而焊接工藝則成為了電子制造中最重要、最高效、應(yīng)用最廣泛的互聯(lián)手段，錫鉛焊料及其工藝所形成的焊點(diǎn)則成為最可靠的互聯(lián)接點(diǎn)之一。因此，如果在此基礎(chǔ)上的電子制造中導(dǎo)入替代的無鉛工藝，必將導(dǎo)致一場電子互聯(lián)技術(shù)的革命。但是請注意，可千萬別以為“實(shí)施無鉛工藝就是把原來的錫鉛焊料更換成為無鉛焊料就可以了”那么簡單！

限制鉛的使用的法規(guī)最早在上個(gè)世紀(jì)九十年代初期就已經(jīng)開始討論，無鉛焊料及其工藝技術(shù)和可靠性的研究在當(dāng)時(shí)在全球范圍內(nèi)眾多的研究機(jī)構(gòu)中開展得異常熱烈，直到上個(gè)世紀(jì)九十年代末期才取得初步得成果，研究結(jié)果認(rèn)為在電子制造中實(shí)施無鉛化是可行的，日本的松下甚至在1998年就生產(chǎn)出全球第一批無鉛化的批量的媒體播放器。可是，與使用了上千年的錫鉛焊料相比，無鉛化還是太年輕了，許多問題至今也沒有完全弄清楚，特別是涉及到高可靠性要求的電子產(chǎn)品至今尚無十足的把握推行無鉛化。我們還缺乏充足的使用數(shù)據(jù)來證明無鉛化產(chǎn)品的長期可靠性是有保證的。這就是為什么無鉛化的推行是一個(gè)逐步漸進(jìn)的過程，不能一蹴而就，中國RoHS在推行的時(shí)候充分的考慮到了這一點(diǎn)。所以至今為止，無鉛化只是在普通的消費(fèi)電子產(chǎn)品上推廣應(yīng)用，但是這對于法規(guī)的推行而言其作用與目標(biāo)已經(jīng)足夠了，因?yàn)橄M(fèi)類電子產(chǎn)品由于其產(chǎn)量大正是影響環(huán)境的最主要因素。

無鉛化的電子制造除了要使用熔點(diǎn)相對較高的無鉛焊料來替代錫鉛焊料以外，還必須考慮元器件、印制電路板、助焊劑、焊接設(shè)備的無鉛化以及兼容性問題。由于無鉛化工藝使用了更高熔點(diǎn)的無鉛合金焊料，典型的合金主要為錫銅（Sn99.3Cu0.7）、錫銀銅（SnAg3～4Cu0.5～0.7）以及錫銀（Sn96.5Ag3.5）等，其熔點(diǎn)溫度比起原來的錫鉛焊料要高出30 ℃～40 ℃，因此，導(dǎo)致焊接的工藝溫度再升高20 ℃～30 ℃。這樣就要求元器件與PCB除了材質(zhì)無鉛化外，必須耐受更高的溫度；設(shè)備也要求需要能夠提供更高的施熱效率，并且設(shè)備中的錫爐還必須能夠耐高溫熔融的無鉛焊錫的浸蝕；相應(yīng)地，助焊劑也要求要有更高地穩(wěn)定性以及助焊活性。因此，所有與工藝相關(guān)的要素都需要針對無鉛化作出相應(yīng)的改進(jìn)，方能適應(yīng)無鉛化的基本要求。由于受到材料的耐高溫穩(wěn)定性的影響，焊接工藝溫度不可能無限提高或按照比例提高，因此，無鉛工藝的工藝窗口就變小了，參數(shù)的設(shè)置與控制的難度就明顯增加了，這樣產(chǎn)品的成品率就必然受到影響。與此同時(shí)，與錫鉛焊料相比無鉛焊料還有潤濕性下降的問題，進(jìn)一步導(dǎo)致無鉛工藝實(shí)施難度增加。所以，由于無鉛焊料而帶來的高溫工藝、工藝窗口縮小以及潤濕性劣化等無鉛化特點(diǎn)，導(dǎo)致了實(shí)施無鉛化的道路必然任重而道遠(yuǎn)。

2 無鉛工藝標(biāo)準(zhǔn)化的重要性

在貫徹實(shí)施中國或歐盟RoHS的過程中，僅有一些針對六種有害物質(zhì)限量、檢測方法和標(biāo)識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)顯然是不足夠的。由于必須面對的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題沒有解決，即使產(chǎn)品中沒有六種有害物質(zhì)或者六種有害物質(zhì)的含量都符合要求，也并不表明中國的RoHS能夠得到順利的實(shí)施，因?yàn)檫@些符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品如果都存在質(zhì)量或可靠性問題，出現(xiàn)許多甚至全都是廢品的話，再環(huán)保的東西都失去存在的價(jià)值。我國在推行RoHS法規(guī)的時(shí)候，如果嚴(yán)重影響了整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必然無法順利推行，無鉛焊接這道門檻無論如何是我們必須認(rèn)真面對的。

由于幾乎所有的電子產(chǎn)品均涉及到錫焊互聯(lián)這一工藝環(huán)節(jié)，因此無鉛工藝的實(shí)施不僅已經(jīng)成為電子制造中最核心的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且成為RoHS法規(guī)能否順利實(shí)施的關(guān)鍵影響因素。而無鉛化的實(shí)施涉及到包括焊料、助焊劑、PCB、元器件、設(shè)備以及工藝、質(zhì)量與可靠性等諸多的影響要素，如果沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這必然導(dǎo)致整個(gè)社會(huì)的成本增加，而且還阻礙技術(shù)進(jìn)步。雖然工藝標(biāo)準(zhǔn)不是一個(gè)強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然它也不可能也不應(yīng)該是一個(gè)強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)，只要你成功的生產(chǎn)出合格的無鉛產(chǎn)品，一般而言沒有必要再強(qiáng)制工藝過程的統(tǒng)一性。但是，工藝相關(guān)要素的標(biāo)準(zhǔn)化卻可以大大的降低生產(chǎn)成本、社會(huì)成本，加速產(chǎn)品進(jìn)入市場的時(shí)間，促進(jìn)技術(shù)的交流和進(jìn)步，減少不必要的重復(fù)研究或試驗(yàn)，甚至在解決技術(shù)爭端過程中都有十分重要的意義。

比如說無鉛焊料的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)沒有標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，由于無鉛焊料尚未有單一的能夠替代錫鉛共晶焊料（Sn63Pb37）的無鉛合金，且種類較多。這就給用戶在選擇和使用無鉛焊料的時(shí)候產(chǎn)生了很大的麻煩，而且有時(shí)候還會(huì)產(chǎn)生許多爭議。每個(gè)用戶都去深入研究合金的性能、分析其可靠性，滿足要求之后再去選擇或使用，這必然會(huì)浪費(fèi)許多社會(huì)資源，延長了產(chǎn)品上市的時(shí)間。再如對于焊點(diǎn)的外觀合格標(biāo)準(zhǔn)，如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在一個(gè)企業(yè)是合格的，到了另外一個(gè)類似的企業(yè)就不合格，那就比較麻煩了；另外由于無鉛焊接的特點(diǎn)，許多無鉛焊點(diǎn)表面都有少許裂紋，如果按照錫鉛的標(biāo)準(zhǔn)判斷都應(yīng)該不合格的了，可是由于無鉛焊接的特點(diǎn)目前絕大部分企業(yè)都認(rèn)為這是合格的。因此，如果將滿足要求的焊點(diǎn)判定為不合格，必然造成不必要的浪費(fèi)，而如果把不合格的焊點(diǎn)產(chǎn)品判定為合格則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電子產(chǎn)品存在質(zhì)量或安全隱患。如果有一個(gè)經(jīng)過充分研究的合格評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，這些問題都將迎刃而解了。

需要指出的是，標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中需要特別注意避免引起知識(shí)產(chǎn)權(quán)紛爭問題。如果將某公司的專利產(chǎn)品寫入標(biāo)準(zhǔn)中，就有可能造成使用該標(biāo)準(zhǔn)的用戶侵犯專利的問題或必須繳交大筆專利使用費(fèi)的問題，使得專利擁有者憑借該標(biāo)準(zhǔn)而賺取超常的不合理利潤，而損害了使用者的利益。這不符合制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的初衷，應(yīng)該盡量避免的。

無鉛工藝是一個(gè)技術(shù)涉及面極廣的制造過程，包涵設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、工藝與可靠性等技術(shù)。因此，任何一家企業(yè)或個(gè)人都難以完成標(biāo)準(zhǔn)化的工作，需要全行業(yè)眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的共同努力才可以做到。作為一個(gè)任何一個(gè)電子信息產(chǎn)品都將會(huì)遇到的工藝過程，它的標(biāo)準(zhǔn)化無疑將解決了中國RoHS實(shí)施的最重要的根本的技術(shù)問題，大大促進(jìn)了中國RoHS的順利實(shí)施。因此，無鉛工藝的標(biāo)準(zhǔn)化顯得尤為重要。那種認(rèn)為實(shí)施中國RoHS的過程中只需要《電子信息產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)的限量要求》、《電子信息產(chǎn)品中某些有毒有害物質(zhì)的檢測方法》以及《電子信息產(chǎn)品污染控制標(biāo)識(shí)要求》等標(biāo)準(zhǔn)就足夠的想法或論調(diào)顯然是不符合實(shí)際情況的。

3 無鉛工藝的標(biāo)準(zhǔn)體系

從剛才的論述，我們都已經(jīng)知道，無鉛工藝是一個(gè)涉及面廣的技術(shù)過程。那么哪些內(nèi)容需要標(biāo)準(zhǔn)化？標(biāo)準(zhǔn)化又包括哪些內(nèi)容呢？哪些標(biāo)準(zhǔn)是必須先著手制定的呢？因此，必須有個(gè)通盤的整體的考慮，不能今天遇到一個(gè)問題就定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，明天遇到另外一個(gè)問題又制定一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，到時(shí)必然造成不必要的混亂。實(shí)際上，在某一技術(shù)領(lǐng)域，無論是國際電工委員會(huì)或是各協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，通常會(huì)首先研究該領(lǐng)域的技術(shù)體系或標(biāo)準(zhǔn)體系，采用系統(tǒng)的方法來首先提出一個(gè)成熟的“標(biāo)準(zhǔn)樹”，這個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)樹”就是標(biāo)準(zhǔn)體系的形象表示。然后再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樹與需求的輕重緩急來開展標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，完善樹枝樹葉等各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)。這才是一個(gè)科學(xué)的方法，而不是東一榔頭西一棒子做出相互矛盾或互不相關(guān)的許多標(biāo)準(zhǔn)來。

標(biāo)準(zhǔn)體系的研究或制定一般是基于涉及對象的知識(shí)體系來開展的。對于無鉛工藝而言，最基礎(chǔ)最關(guān)鍵的是無鉛焊料，然后是受其直接影響的助焊劑、PCB以及元器件?；跓o鉛工藝的三個(gè)特點(diǎn)：高溫、小工藝窗口和低潤濕性的焊料，無鉛工藝中所使用的助焊劑在助焊活性以及熱穩(wěn)定性方面必然需要改進(jìn)；元器件的電極或端子必須由有鉛的替代為無鉛，同時(shí)還必須確保耐熱性；PCB的可焊性涂層必須改為無鉛，基材滿足耐熱性的要求等等，還有測試方法也與原來的不同，這些依據(jù)原來錫鉛焊料的標(biāo)準(zhǔn)都必須修改。

根據(jù)無鉛焊接的技術(shù)體系以及影響要素，作者將整個(gè)無鉛焊接體系表設(shè)計(jì)如圖1。圖中紅色字體部分是第一批首先起草的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)完成報(bào)批的所有程序，很快就可以對外發(fā)布，提供給企業(yè)實(shí)施無鉛工藝時(shí)參考使用。

該體系表基本上很好的概況了無鉛工藝涉及的關(guān)鍵要素，第一層次包括了無鉛材料、印制板（PCB）、元器件、電路板組件（PCBA）、主要工藝設(shè)備以及焊接工藝等六個(gè)方面。由于材料是基礎(chǔ)，所以先期開展起草的工作，需要指出的是材料中還包括表面貼裝（SMT）用的焊錫膏和焊錫絲等，由于這二者均由助焊劑和無鉛合金組成，只是形態(tài)不同因此沒有單列出來，其中助焊劑標(biāo)準(zhǔn)中通常包括了技術(shù)要求和測試方法，因此也沒有展開單獨(dú)列出。另外由于元器件與PCB都有類似的工藝要求和被焊的特點(diǎn)，且種類繁多，為了便于生產(chǎn)管理以及使用方便，需要專門進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)，所以應(yīng)該有統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。對于元器件而言，為了工藝以及質(zhì)量管理的要求，應(yīng)該至少標(biāo)識(shí)出必要的信息，例如最高耐受溫度以及可焊性涂層的成分，以滿足工藝兼容性的使用要求；對于PCB組件而言，焊接的工藝已經(jīng)完成，應(yīng)該更多的關(guān)注焊點(diǎn)的質(zhì)量與可靠性指標(biāo)，以及針對它們的檢測方法，如果每個(gè)企業(yè)都有差異很大的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的話，產(chǎn)業(yè)鏈的成本將顯著攀升，所以PCBA的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該盡快有個(gè)規(guī)范。

至于焊接工藝通?？梢越o出一個(gè)通用的規(guī)范，它與錫鉛焊接已經(jīng)有很大的差別，對于許多剛剛接觸或期望導(dǎo)入無鉛工藝的廠家而言，這種通用規(guī)范的指導(dǎo)意義是非常大的。由于所使用的材料不同工藝必然有差異，制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來具體地規(guī)范工藝參數(shù)是不可行的，但給出一個(gè)通用的指導(dǎo)性的規(guī)范則是可行的必要的。直接與無鉛工藝相關(guān)的設(shè)備就是電烙鐵、波峰焊爐以及回流焊爐，設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化是比較困難的事，相對于錫鉛焊接設(shè)備而言，無鉛焊接設(shè)備在熱容、施熱效率、施熱的均勻性以及耐腐蝕性方面均需要改進(jìn)或提升，另外為了進(jìn)一步提升焊接的潤濕性，許多設(shè)備增加了氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置。因此，大部分原來的焊接設(shè)備已經(jīng)不能繼續(xù)使用而必須更換。為了便于采購或評(píng)估新設(shè)備的性能指標(biāo)是否滿足無鉛工藝的焊接要求，有一個(gè)設(shè)備的通用規(guī)范是必要的。目前IPC已經(jīng)組織有關(guān)人員開始起草無鉛回流爐的標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際上，國外已經(jīng)有一些無鉛的標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)了，比如說包括無鉛部分的焊料標(biāo)準(zhǔn)（IEC61190，IPC/EIA J-STD-006B）和試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（如JIS Z3198-2003），這些標(biāo)準(zhǔn)都是圍繞一個(gè)目標(biāo)體系的，并且互相之間引用協(xié)調(diào)得非常好。建議我們的標(biāo)準(zhǔn)工作應(yīng)該多借鑒他人的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，組織行業(yè)里真正的專家首先開展體系表的研究，并依照體系表有序地逐步地推進(jìn)無鉛化標(biāo)準(zhǔn)的起草工作。本文所提出的體系表可以為此做一個(gè)參考。

為了更好的配合中國RoHS的實(shí)施，在原信息產(chǎn)業(yè)部成立的“電子信息產(chǎn)品污染控制標(biāo)準(zhǔn)工作組”之初，就在工作組的領(lǐng)導(dǎo)下分別成立了“限量與檢測”、“標(biāo)識(shí)與認(rèn)證”與“無鉛焊接”等三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)起草項(xiàng)目組。其中“無鉛焊接”項(xiàng)目組由中國電子材料協(xié)會(huì)牽頭負(fù)責(zé)組織與無鉛焊接有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的起草工作，最后具體的工作又由關(guān)系密切的中國電子材料協(xié)會(huì)下屬的“焊接材料分會(huì)”負(fù)責(zé)落實(shí)，其它工作組成員負(fù)責(zé)協(xié)助的工作。第一批立項(xiàng)要起草的標(biāo)準(zhǔn)有五個(gè)，即《無鉛焊料――化學(xué)成分與形態(tài)》、《焊錫膏通用技術(shù)要求》、《無鉛焊接用助焊劑》、《電子焊接用錫合金粉》與《無鉛焊料試驗(yàn)方法》（含熔化溫度、機(jī)械拉伸、擴(kuò)展、潤濕性、焊點(diǎn)拉伸與剪切、QFP引線焊點(diǎn)45度拉伸、片式元件焊點(diǎn)剪切、焊料動(dòng)態(tài)氧化出渣量的測試方法等八個(gè)無鉛焊料或焊點(diǎn)的試驗(yàn)方法）等。但是由于種種原因，無鉛焊接標(biāo)準(zhǔn)由2004年開始起草至今一直沒有出臺(tái)，不久前剛剛完成報(bào)批的有關(guān)手續(xù)。據(jù)了解，延遲出臺(tái)的主要的原因在于兩個(gè)方面：一是標(biāo)準(zhǔn)中所列的無鉛合金有不少主流的無鉛焊料都是受專利保護(hù)的，一些合金并且沒有經(jīng)過充分試驗(yàn)驗(yàn)證，就是缺乏可靠性數(shù)據(jù)與性能參數(shù)以及實(shí)際的應(yīng)用數(shù)據(jù)，擔(dān)心寫入標(biāo)準(zhǔn)后給用戶帶來風(fēng)險(xiǎn)；第二方面就是由不同單位承擔(dān)的所要起草的五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間一直缺乏協(xié)調(diào)性。眾所周知，助焊劑是配合焊料使用的，焊錫膏是又焊錫粉與助焊劑混合而成，而焊錫粉又是無鉛焊料合金的一種形態(tài)，其中絲狀焊料即焊錫絲中又包含有樹脂芯助焊劑，而所列的這些材料都需要測試，除了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以外還需要有測試標(biāo)準(zhǔn)，所以這些標(biāo)準(zhǔn)之間關(guān)系非常密切，免不了互相之間有相互引用的問題。但是綜合原來的標(biāo)準(zhǔn)草案來看，光是助焊劑都有三種不同的標(biāo)識(shí)方式，合金的化學(xué)成分就有兩套體系，標(biāo)準(zhǔn)之間明顯缺乏有機(jī)的聯(lián)系，這樣的標(biāo)準(zhǔn)如果出臺(tái)必然造成業(yè)界的困擾和使用不便。因此，作者本人受邀主持了這批標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)工作。經(jīng)過大家的共同努力和協(xié)商，目前的標(biāo)準(zhǔn)基本定型并經(jīng)過專家審定會(huì)的審定，已經(jīng)在向業(yè)界公示。下面簡述一下各標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容：

《無鉛焊料――化學(xué)成分與形態(tài)》是無鉛化的最基礎(chǔ)的材料標(biāo)準(zhǔn)，其中包括了23種合金焊料，涵蓋了最常見的錫銀、錫銅、錫銀銅、錫鋅、錫鉍、錫銻等系列的熔點(diǎn)由低溫到高溫的常用合金，但需要業(yè)界注意的是其中的某些三元以上的合金有專利授權(quán)問題?！稛o鉛焊接用助焊劑》則是另外一個(gè)重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了配套無鉛焊料使用的助焊劑材料的標(biāo)識(shí)、分類、規(guī)格、測試方法、性能與可靠性指標(biāo)等，其中特別因應(yīng)無鉛工藝的特點(diǎn)研究改進(jìn)了助焊性能的評(píng)價(jià)和測試方法；《電子焊接用錫合金粉》標(biāo)準(zhǔn)則是專門因應(yīng)無鉛SMT焊錫膏要求而規(guī)定了焊錫粉的技術(shù)要求與測試方法，但該標(biāo)準(zhǔn)還包括了有鉛合金的焊錫粉。嚴(yán)格來講，焊錫粉只不過是焊料中的一個(gè)不同形態(tài)的粉末焊料而已，在國外的標(biāo)準(zhǔn)中都是將其并入焊料的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中，不單獨(dú)制定；由于電子制造的發(fā)展方向是表面貼裝技術(shù)（SMT），配套該技術(shù)使用的焊錫膏則成為該技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵的材料，他是焊料粉與助焊劑的混合膏體狀物質(zhì)，因此，《焊錫膏通用技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)因應(yīng)而生，該標(biāo)準(zhǔn)針對無鉛化的特點(diǎn)在原標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂，內(nèi)容包括有鉛和無鉛部分，主要規(guī)定了焊錫膏的標(biāo)識(shí)、規(guī)格與技術(shù)要求、測試方法等。最后是《無鉛焊料試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了八個(gè)測試方法，包括無鉛焊料的熔點(diǎn)測試、擴(kuò)展率測試、潤濕性測試、機(jī)械性能測試、焊點(diǎn)拉伸與剪切強(qiáng)度測試、QFP焊點(diǎn)45度角拉伸強(qiáng)度測試、片式元件焊點(diǎn)剪切測試、無鉛抗氧化特性評(píng)價(jià)等。值得提醒的是，其中的三個(gè)方法其實(shí)不是無鉛焊料的測試方法，而是無鉛焊點(diǎn)的測試方法，它不僅是焊料還涉及元器件與基板和工藝。該測試方法標(biāo)準(zhǔn)與日本的JIS Z3198-2003有一定程度的類似，可以提供給工業(yè)界一個(gè)統(tǒng)一的無鉛焊料和焊點(diǎn)的質(zhì)量的測試方法?？傊@些標(biāo)準(zhǔn)將為無鉛化或綠色電子制造在我國的快速健康地發(fā)展起著重要地作用。

5 國內(nèi)外已有的無鉛標(biāo)準(zhǔn)簡介

雖然國內(nèi)的電子行業(yè)的無鉛標(biāo)準(zhǔn)遲遲不能出臺(tái)，不過令人欣慰的是國際上出臺(tái)了不少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，可供電子制造業(yè)界選擇使用，出臺(tái)這五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反而不那么緊迫了。本節(jié)將簡要的介紹這些已經(jīng)出臺(tái)的國際或其它國家和組織出版的有關(guān)無鉛工藝的標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)化的程度往往是該項(xiàng)技術(shù)成熟與否的標(biāo)志。自從上個(gè)世紀(jì)九十年代末無鉛實(shí)用化以來，由于受到早先歐盟RoHS的推動(dòng)到如今的中國RoHS的實(shí)施，無鉛工藝已經(jīng)逐步走向成熟。許多消費(fèi)類的產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了無鉛化，大多數(shù)大型的企業(yè)都已經(jīng)完成了無鉛化或完成了準(zhǔn)備工作，只是由于產(chǎn)品銷售的區(qū)域尚未有立即禁止鉛使用的要求以及基于成本的考慮暫時(shí)沒有導(dǎo)入無鉛工藝，而許多中小企業(yè)由于技術(shù)貯備不足或由于成本的考量至今尚未有實(shí)質(zhì)性的準(zhǔn)備。由于國際品牌的大公司的推動(dòng)，其代工的OEM廠商應(yīng)該說無鉛化最積極，在無鉛工藝技術(shù)水平方面處于領(lǐng)先的位置。而標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)往往落后與產(chǎn)品或技術(shù)的發(fā)展，至今尚有部分支撐無鉛化的標(biāo)準(zhǔn)沒有出臺(tái)。國內(nèi)的支撐中國RoHS實(shí)施的無鉛化標(biāo)準(zhǔn)起步雖早，但由于種種原因，至今尚未完成編制的程序。國際上有些非?；钴S的標(biāo)準(zhǔn)化組織在這些方面做了很多工作，特別是國際電工委員會(huì)（IEC）、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（JIS）以及美國電子電路封裝與互聯(lián)協(xié)會(huì)（IPC）已經(jīng)出臺(tái)了一些無鉛的標(biāo)準(zhǔn)，為了更好地推動(dòng)或支持中國RoHS的順利實(shí)施，本節(jié)將簡要的介紹一些已經(jīng)出臺(tái)的無鉛化標(biāo)準(zhǔn)。

首先是無鉛焊料的標(biāo)準(zhǔn)。這方面最有代表性的就是IPC于2006年1月修訂出版的美國聯(lián)合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J-STD-006B（Requirements for Electronic Grade Solder Alloy and Fluxed and Non-Fluxed Solid Solders for Electronic Soldering Applications）和ISO9453：2006與JIS Z3282-2006。其中標(biāo)準(zhǔn)J-STD-006B覆蓋了幾乎所有目前用于電子焊接工藝的各種形態(tài)的焊料，包括錫銀、錫鉍、錫銅以及錫銀銅等27種無鉛合金（見標(biāo)準(zhǔn)中的附表A－1）、傳統(tǒng)的錫鉛合金（見標(biāo)準(zhǔn)中的附表A－2）以及其它的非錫鉛的特殊合金焊料（見標(biāo)準(zhǔn)中的附表A－3）。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了合金成分所允許的偏差以及允許雜質(zhì)含量的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)還給出了各合金的液相線以及與ISO9453（Soft Solder Alloys-Chemical Compositions and Forms）的合金標(biāo)識(shí)比較，以便用戶在選擇使用不同合金焊料時(shí)提供參考。而ISO9453于2006年又更新了它的版本，新版本中增加了無鉛焊料部分，更新后的ISO9453除了包括9個(gè)系列的31種含鉛的傳統(tǒng)焊料以外，還增加了11個(gè)合金系列的21種合金組成的無鉛焊料。ISO9453新版標(biāo)準(zhǔn)中列舉的無鉛焊料合金具體有：Sn-Sb系一種、Sn-Bi系一種、Sn-Cu系列2種、SnAgCu系3種、Sn-In系一種、Sn-In-Ag-Bi系列2種、Sn-Ag系4種、Sn-Ag-Cu-Bi系1種Sn-Zn系一種以及Sn-Zn-Bi系一種。而日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)JIS Z3282-2006（Soft Solder -Chemical Compositions and Forms）包括線狀、條狀、塊狀以及粉末狀等各種形態(tài)合金形式，其中粉末合金的規(guī)格和要求按照標(biāo)準(zhǔn)JIS Z3284執(zhí)行，按照合金的化學(xué)組成分類，該日本的標(biāo)準(zhǔn)（JIS Z3282-2006）則包括了3個(gè)合金系列共19種合金組成的含鉛合金，以及11個(gè)系列共21個(gè)化學(xué)組成的無鉛焊料合金，無鉛焊料在列表時(shí)還按照焊料的熔點(diǎn)劃分為高溫、中高溫、中溫、中低溫與低溫等五大系列。此外，無鉛合金中包含了三個(gè)化學(xué)組成比例的錫銀銅專利合金，標(biāo)準(zhǔn)還特別提示了專利無鉛合金及其專利的擁有者。方便了業(yè)界在選擇無鉛合金焊料的時(shí)候考慮相應(yīng)的適當(dāng)措施，以避免違反法規(guī)或侵權(quán)。

另外在2002年版的IEC61190-1-3（Requirements for Electronic Grade Solder Alloy and Fluxed and Non-Fluxed Solid Solders for Electronic Soldering Applications）都已經(jīng)提及錫銀銅銻的無鉛合金，但沒有展開到包括其它的無鉛焊料，但是2007年出版的版本參考J-STD-006B的內(nèi)容進(jìn)行了修改。此外，我們國家的國標(biāo)委2007年1月發(fā)布了由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出的《無鉛釬料》（即GB/T 20422-2006）標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)包括了一些非專利限制的常用的無鉛焊料，但是沒有包括國際上最常用的SAC305或SAC387系列合金，遺憾的是該標(biāo)準(zhǔn)將合金與雜質(zhì)成分混合并列在一個(gè)表中而沒有任何明顯的區(qū)分，用戶使用有些不方便。眾所周知，無鉛焊料主要適用于電子互聯(lián)軟釬焊接，這樣的標(biāo)準(zhǔn)由主要為硬釬焊領(lǐng)域的中國機(jī)械聯(lián)合會(huì)提出造成了不少困擾，為此電子業(yè)界出現(xiàn)了不少質(zhì)疑該國家標(biāo)準(zhǔn)適用性的聲音。另外，國外技術(shù)機(jī)構(gòu)通常的做法是不單獨(dú)列制新的無鉛焊料標(biāo)準(zhǔn)，而是在原有的焊料標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加無鉛焊料的內(nèi)容來改版升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這可能是由于國情不同吧，作者還是認(rèn)為國外的做法更為可取，更有利于標(biāo)準(zhǔn)化的管理與標(biāo)準(zhǔn)的使用。

由于助焊劑是配合焊料來使用的，隨著焊料的無鉛化，焊接工藝條件也發(fā)生了很大的變化，評(píng)價(jià)助焊劑的性能必須用到無鉛焊料與無鉛的工藝條件，顯然新的助焊劑標(biāo)準(zhǔn)必須及時(shí)制定。但目前大部分這些標(biāo)準(zhǔn)都在基本完成，IPC也已經(jīng)將J-STD-004A（Requirements for Soldering Fluxes）改版升級(jí)到包括無鉛部分的J-STD-004B的工作，標(biāo)準(zhǔn)中增加了與無鉛有關(guān)的內(nèi)容，有我們實(shí)驗(yàn)室參與翻譯的中文版也馬上就要出臺(tái)了。

其次是關(guān)于無鉛元器件的標(biāo)準(zhǔn)。對于無鉛工藝而言元器件的相應(yīng)的轉(zhuǎn)變主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即元器件的可焊性端子或引腳的可焊性涂層的無鉛化以及本體耐高溫性能方面。所有關(guān)于無鉛元器件的標(biāo)準(zhǔn)基本圍繞這兩個(gè)方面的。對于元器件的引腳或端子而言，主要考慮其無鉛化后的可焊性、耐金屬化熔解性與耐焊接熱等，這方面已經(jīng)有美國聯(lián)合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC/EIA J-STD-002C（Solderability Tests for Component Leads, Termination, Lugs, Terminals and Wires）,該標(biāo)準(zhǔn)剛剛于2007年12月由B版改版而來，其中包括了無鉛化部分，無鉛元器件評(píng)估測試所使用的無鉛合金為SAC305（Sn96.5Ag3.0Cu0.5），溫度條件為250℃，而耐金屬化熔解試驗(yàn)的溫度條件無鉛/有鉛的均為260℃。另外針對無鉛塑封器件，其潮濕回流敏感度的標(biāo)準(zhǔn)IPC/JEDEC J-STD-020C(Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic Solid State Surface Mount Devices) 在2004年都已經(jīng)增加了無鉛的分類和測試條件。與有鉛的條件相比，無鉛元器件在回流曲線上，預(yù)熱溫度與峰值溫度均勻顯著的增加（預(yù)熱增加近50℃，峰值溫度增加20℃），回流的時(shí)間增加近兩分鐘。另外，由于元器件引線腳的可焊性涂層轉(zhuǎn)變?yōu)榧冨a后，其生長錫須的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，因此JEDEC（美國聯(lián)合電氣工程師協(xié)會(huì)）又針對此問題于2005年組織起草了一個(gè)錫須生長風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：JESD22A121 （Measuring Whisker Growth on Tin and Tin Alloy Surface Finishes）；除此之外，JEDEC與IPC又分別分布了一個(gè)關(guān)于無鉛元器件標(biāo)識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，分別是IPC1066和JESD97，其內(nèi)容基本一致，只是前者包括了線路板和組件部分，后者只強(qiáng)調(diào)元器件的本身，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)主要是通過代號(hào)標(biāo)識(shí)出無鉛可焊性涂層的合金和最高安全溫度，以便于使用時(shí)考慮工藝的兼容性問題。一方面避免產(chǎn)生材料的兼容性問題，另外一方面便于物料以及供應(yīng)鏈的管理。

再就是PCB的無鉛化標(biāo)準(zhǔn)問題。對于無鉛PCB最關(guān)鍵的其焊盤的潤濕性問題以及基材的高溫穩(wěn)定性問題?，F(xiàn)在已經(jīng)有IPC標(biāo)準(zhǔn)J-STD-003B,該標(biāo)準(zhǔn)剛剛與2007年3月份完成改版更新，現(xiàn)在的B版已經(jīng)包括了無鉛工藝的部分，無鉛可焊性的評(píng)估試驗(yàn)也像元器件一樣選用了SAC305的合金來進(jìn)行。由于PCB是一個(gè)比較復(fù)雜的產(chǎn)品，涉及影響的因素很多，其產(chǎn)品的通用規(guī)范無論是柔性板或是剛性板都剛剛完成包括無鉛化內(nèi)容的修訂。

最后就是無鉛線路板組件（PCBA）以及焊點(diǎn)的質(zhì)量與可靠性標(biāo)準(zhǔn)。包括無鉛組件要求的標(biāo)準(zhǔn)J-STD-001D(Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies)于2005年已經(jīng)發(fā)布，現(xiàn)在又在討論新的版本了。由于無鉛焊點(diǎn)在外觀上與有鉛的已經(jīng)有明顯的不同，必須修改其中的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已經(jīng)有直接可以使用于評(píng)估無鉛焊點(diǎn)外觀可接收性的標(biāo)準(zhǔn)IPC－610D（Acceptability of Electronic Assemblies），該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被業(yè)界廣泛采用。需要補(bǔ)充的是，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)于2003年就一次性發(fā)布了7個(gè)專門針對無鉛焊料與其焊點(diǎn)質(zhì)量的測試標(biāo)準(zhǔn)（JIS Z3198-2003系列），這七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別為：1）無鉛焊料的測試方法第1部分：熔點(diǎn)溫度范圍的測定方法；2）無鉛焊料的測試方法第2部分：機(jī)械特性－拉伸強(qiáng)度的測試方法；3）無鉛焊料的測試方法第3部分：擴(kuò)展試驗(yàn)方法；4）無鉛焊料的測試方法第4部分：可焊性測試方法――潤濕天平法與接觸角法；5）無鉛焊料的測試方法第5部分：焊點(diǎn)的拉伸強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度測試方法；6）無鉛焊料的測試方法第6部分：QFP焊點(diǎn)的45度角拉伸測試方法；7）無鉛焊料的測試方法第7部分：片式元件焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度測試方法。這些標(biāo)準(zhǔn)無疑為無鉛化的產(chǎn)品的質(zhì)量保證發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，對于推動(dòng)電子制造無鉛化的進(jìn)展意義重大。所以，在這批即將出臺(tái)的五個(gè)配套的無鉛行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中也包括了這部分內(nèi)容。

6 無鉛工藝及其標(biāo)準(zhǔn)化展望

對比無鉛標(biāo)準(zhǔn)體系表以及現(xiàn)在已經(jīng)出臺(tái)的有關(guān)的無鉛標(biāo)準(zhǔn)，我們可以了解到體系中的許多標(biāo)準(zhǔn)還沒有制定出來，即使已經(jīng)制定出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)也大多都是國外的，并且隨著無鉛工藝技術(shù)與無鉛材料技術(shù)的快速發(fā)展和無鉛化的不斷深入，許多標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)都需要改進(jìn)。無鉛的產(chǎn)品在長期使用時(shí)的可靠性問題一時(shí)半會(huì)還無法解決的情況下，許多研究工作仍然需要不斷的深入，無鉛工藝技術(shù)的發(fā)展必然導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化也需要不斷的進(jìn)步，以跟上技術(shù)發(fā)展的步伐。

現(xiàn)在支撐中國RoHS實(shí)施的五個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（助焊劑、焊錫粉、焊錫膏、無鉛焊料與測試方法）已經(jīng)基本完成了起草的工作，還需要一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間來完成必要的發(fā)布程序。從標(biāo)準(zhǔn)的文本來看，經(jīng)過協(xié)調(diào)，幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相互之間的協(xié)調(diào)性已經(jīng)大為加強(qiáng)，內(nèi)容也已經(jīng)相當(dāng)?shù)耐晟?，相信我們將?huì)很快擁有自己的配套標(biāo)準(zhǔn)，只要采取虛心而開放的態(tài)度，多學(xué)習(xí)國外制定標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，歡迎有關(guān)的各類型單位的專家參與，我們自己的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)越來越完善。

無鉛工藝的下一步的發(fā)展關(guān)鍵取決于無鉛焊料的發(fā)展，由于現(xiàn)在主流的無鉛焊料中包含有較高比例的貴金屬銀，而且相應(yīng)的資源也越來越匱乏，導(dǎo)致無鉛焊料的成本越來越高。要想無鉛化能夠得到健康而順利的發(fā)展，必須解決無鉛焊料的成本問題，并且同時(shí)還需兼顧到產(chǎn)品的可靠性。因此，低銀或不含有銀的低成本無鉛焊料的研發(fā)是關(guān)鍵。另外無鉛焊點(diǎn)的可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)還有許多問題沒有解決，導(dǎo)致高可靠性要求的產(chǎn)品一時(shí)無法推廣無鉛化，因此可靠性問題又將是一個(gè)研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。這樣一來，使用SAC305作為標(biāo)準(zhǔn)合金的測試標(biāo)準(zhǔn)、合格判據(jù)都將要重新修訂，無鉛焊料標(biāo)準(zhǔn)中將包括一些新型合金體系。無鉛焊點(diǎn)可靠性評(píng)價(jià)方法的標(biāo)準(zhǔn)化則是下一階段工作一個(gè)重點(diǎn)，只有等到無鉛焊點(diǎn)的壽命可以依賴標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行評(píng)估，無鉛化的技術(shù)才算基本成熟。

另外還需開展無鉛焊接通用工藝條件的研究，制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)業(yè)界在實(shí)施無鉛化工藝時(shí)可以低成本而高效率。無鉛焊接設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)一直以來均缺乏，雖然設(shè)備比較復(fù)雜，人們熟練掌握并很好的使用是有許多困難，但是工藝上有許多要素是相通的，為了進(jìn)一步降低成本或更方便采購選型，設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化必須盡快提上議事議程，在國家大力號(hào)召發(fā)展裝備制造業(yè)的時(shí)候，不妨先開展其設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的研究，這應(yīng)該是無鉛標(biāo)準(zhǔn)化將來的一個(gè)著力的突破口。作為工業(yè)和信息化部的技術(shù)支撐單位和業(yè)界的技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，工業(yè)和信息化部電子第五研究所除了為無鉛化提供測試、分析與咨詢等技術(shù)解決方案外，還將一如既往的支持我國的無鉛標(biāo)準(zhǔn)化的工作，為我國的綠色電子制造快速健康地發(fā)展做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。