【正文】 年發(fā)表的“零鉛工程”的報(bào)告，有30%幼兒血鉛超過國際公認(rèn)的兒童鉛中毒水平。從產(chǎn)業(yè)上看，我國產(chǎn)品與歐、日、美市場關(guān)系非常緊密，發(fā)展無鉛制造刻不容緩。為了推動(dòng)中國綠色電子/無鉛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)部、國家發(fā)改委、國家環(huán)保局組織了大量國內(nèi)企業(yè)、學(xué)術(shù)界的人士，討論相應(yīng)法規(guī)的建設(shè)。即將推出的“電子信息產(chǎn)品污染防治管理方法”， 將與歐盟的RoHS/WEEE 接軌，明確規(guī)定2006 年7 月1 日起，禁止包括鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、聚合溴化聯(lián)苯（PBB）、聚合溴化聯(lián)苯乙醚PBDE）等有害物質(zhì)的使用。可以這么說，無鉛產(chǎn)業(yè)的真正啟動(dòng)，源于無鉛法規(guī)的完善。 無鉛制造進(jìn)展迅速日本企業(yè)對(duì)電子制造的無鉛化非常積極，并視之為日本產(chǎn)業(yè)界的一次巨大機(jī)遇。日本已成為世界上無鉛元器件、無鉛材料和無鉛系統(tǒng)產(chǎn)品的最大供貨方，大多數(shù)電子加工商和組裝廠在2001 年就已經(jīng)完成了無鉛生產(chǎn)工藝的準(zhǔn)備，從2003 年到2005 年，日本制造商將全面實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)和相關(guān)組裝件中的無鉛化工作，2010 年，只允許極個(gè)別的產(chǎn)品使用有鉛工藝，到2015 年，完全禁止鉛的使用。以松下電器為例，2003年4 月，松下電器產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的所有產(chǎn)品已全部采用無鉛焊錫，集團(tuán)下屬公司的產(chǎn)品共計(jì)12 000 種，( 一般產(chǎn)品) 、~8In(PDP 電視、筆記本電腦、車載音響)、Sn8Zn3Bi(電視機(jī)天線)(冰箱等大型家電產(chǎn)品)。美國 NEMI1999 年成立無鉛工作組，以幫助北美企業(yè)的無鉛化進(jìn)展，成員包括Intel、Motorola、TI、IBM 等，北電網(wǎng)絡(luò)推出了SnCu 系無鉛電話制品。1997 年初，飛利浦公司就宣布對(duì)公司生產(chǎn)的所有消費(fèi)電子產(chǎn)品采取“綠色行動(dòng)”，2002 年該公司通過了正式的危險(xiǎn)物質(zhì)限制條例。與發(fā)達(dá)國家相比，中國的無鉛產(chǎn)業(yè)還處在初級(jí)階段，部分本土OEM 廠商比如華為、海爾等已經(jīng)開始已經(jīng)運(yùn)用無鉛焊接技術(shù)推出了DVD和汽車電子產(chǎn)品。 無鉛系統(tǒng)開發(fā)任重道遠(yuǎn)開發(fā)一種新型的環(huán)保電子/無鉛系統(tǒng)涉及到方方面面的內(nèi)容。以無鉛技術(shù)為例，首先必須有被產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可的可靠焊料、相適應(yīng)的設(shè)備及工藝、建立無鉛的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估手段等；其次必須對(duì)無鉛焊料相關(guān)組分進(jìn)行分析，確定其使用后對(duì)生物的影響；然后是考慮新型材料及工藝對(duì)環(huán)境的作用；最后，必須考慮產(chǎn)品使用后的回收、循環(huán)利用等問題?？梢姛o鉛概念的提出和這套系統(tǒng)的建立是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。今天，我們在討論無鉛問題的時(shí)候，更多的是關(guān)注無鉛焊料、元器件、設(shè)備/焊接技術(shù)、成本、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)問題。 無鉛焊料呈現(xiàn)系列化和多樣化從 1991 年起，NEMI, NCMS, NIST, DIT, NPL,PCIF, ITRI, JIEP 等組織就相繼開展了關(guān)于無鉛焊料的專題研究，耗資超過2 000 萬美元，至今仍在繼續(xù)。目前，關(guān)于無鉛焊料使用的選擇，還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，通常， 系列， 較多，手工烙鐵焊采用Sn/Cu、Sn/Ag 或Sn/Ag/Cu 系列居多。在開發(fā)新型無鉛焊料的時(shí)候,必須考慮新的焊膏能夠提供與Sn/Pb 共晶合金相似的物質(zhì)、機(jī)械、溫度和電氣性能，同時(shí)合金元素的成本，原料來源的充足程度也是必須考慮的因素之一。 低溫?zé)o鉛焊料的開發(fā)一直是個(gè)熱點(diǎn)，如果能夠找到一種熔融溫度與Sn/Pb 共晶焊料相接近、應(yīng)用性能穩(wěn)定可靠的合金系統(tǒng)，就可以大大降低目前無鉛焊接的工藝難度，只需將先前的Sn/Pb 焊接裝置稍加改裝，就可以繼續(xù)用于無鉛生產(chǎn)，這也是企業(yè)所期待的。可惜新開發(fā)的低溫?zé)o鉛焊料，普遍存在一些問題，比如SnZn 系焊料（共晶點(diǎn)為198176。C），存在Zn 的氧化性和腐蝕性方面的問題。清華大學(xué)電子材料與封裝技術(shù)研究室,近年來在低溫?zé)o鉛焊料的開發(fā)中做了很多工作，并取得了重要進(jìn)展。另外，關(guān)于無鉛焊料開發(fā)的各種輔助工具，也漸為人們所重視，如日本東北大學(xué)根據(jù)合金相圖規(guī)律，開發(fā)了一種軟件，對(duì)于不同合金的元素組合，給出了相應(yīng)焊料系統(tǒng)的熔融溫度，這大大方便了新型無鉛焊料的開發(fā)。目前，國際上廣泛使用的一些無鉛焊料的專利主要掌握在日本、美國廠商的手中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界關(guān)于無鉛焊料的專利有600 余件，中國只有30 余件，其中大多數(shù)是外資企業(yè)申請所有，昂貴的焊料成本對(duì)中小企業(yè)來說是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。國內(nèi)的一些企業(yè)比如億鋮達(dá)、格林美等已經(jīng)開始無鉛焊料的研究和生產(chǎn)。 無鉛元器件正重點(diǎn)突破由于業(yè)界對(duì)無鉛焊料和設(shè)備已經(jīng)做了大量的準(zhǔn)備工作，相對(duì)來說無鉛元器件是目前無鉛化比較薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)，隨著世界電子制造業(yè)向中國的轉(zhuǎn)移，為了降低成本，系統(tǒng)制造商希望能夠在中國獲得穩(wěn)定可靠、價(jià)格適中的無鉛元器件供應(yīng)。無鉛元器件的開發(fā)必須重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)問題。一是耐溫性，無鉛器件必須能夠承受高達(dá)250~260℃的溫度；同時(shí)，無鉛器件必須進(jìn)行從里到外徹底的無鉛化的處理。很多封裝器件廠，目前都已經(jīng)或者正在著手建設(shè)器件無鉛鍍工藝線，比如鍍錫。除此，印制電路板的無鉛化處理也必須即刻著手準(zhǔn)備。 無鉛設(shè)備/工藝力求精益求精無鉛和有鉛設(shè)備相差不多，但是由于無鉛焊料的熔點(diǎn)更高，普遍比Pb/Sn 共晶焊料的溫度高30 來度，無鉛焊接工藝參數(shù)操作空間更窄，無鉛回流焊爐必須能夠承受更高的溫度。好的無鉛焊接設(shè)備必須能夠提供非常精確、穩(wěn)定的溫度控制，以保護(hù)元器件和線路板，提高產(chǎn)能，減少能量的消耗。多數(shù)回流焊爐都具有氮?dú)獗Ｗo(hù)，也有研究表明，合理的無鉛工藝和材料。選擇，氮?dú)獾氖褂靡膊⒎潜夭豢缮俚?，這對(duì)于降低企業(yè)在無鉛焊接生產(chǎn)中的成本是非常重要的。日本、美國的波峰焊/再流焊接設(shè)備生產(chǎn)廠家如BTU、Furukawa、ETC 等已經(jīng)開始提供無鉛焊接設(shè)備，國內(nèi)一些設(shè)備廠商，如日東、勁拓公司在無鉛焊設(shè)備的開發(fā)方面也取得了重要進(jìn)展，日東公司2000 年5月已推出了第一臺(tái)無鉛波峰焊、無鉛回流焊設(shè)備。 無鉛的可靠性正廣泛試驗(yàn)無鉛焊接缺陷及可靠性的問題，既是因?yàn)楣に嚋囟鹊纳咚鶎?dǎo)致的PCB、元器件的適應(yīng)性問題，很大程度上也是因?yàn)楹噶辖M分的變化、以及器件表面無鉛化的處理所導(dǎo)致的。業(yè)界及許多機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)無鉛可靠性的問題做了大量系統(tǒng)的工作，對(duì)無鉛焊接出現(xiàn)的一些問題，做了許多合理的解釋，并提出了相應(yīng)的措施，比如預(yù)烘等。適當(dāng)?shù)牟牧线x擇，合理而嚴(yán)格的工藝設(shè)置是提高無鉛制品可靠性的關(guān)鍵。提出一套簡單、易操作、標(biāo)準(zhǔn)化的無鉛焊接可靠性判斷標(biāo)準(zhǔn)也是目前業(yè)界所期盼的。 無鉛凸點(diǎn)制備有待推廣電子產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)趨勢是輕、薄、短、小，一些高密度的器件連接手段，如倒裝焊技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍，其中的關(guān)鍵技術(shù)是無鉛凸點(diǎn)的制備。國內(nèi)像清華大學(xué)在化學(xué)鍍/電鍍無鉛凸點(diǎn)的制備方面，做了許多工作。這里介紹一種絲網(wǎng)印刷及等離子加熱法制備無鉛凸點(diǎn)的新工藝，它比傳統(tǒng)的電鍍等制備凸點(diǎn)的手段來得更為簡單、便宜。絲網(wǎng)印刷是一種非常成熟并且普遍使用的工藝，日本東京大學(xué)先端科學(xué)技術(shù)研究中心，借助這種傳統(tǒng)工藝，在八英寸硅片上得到凸點(diǎn)直徑100 μm 以內(nèi)的無鉛凸點(diǎn)，然后在等離子爐里回流成型。此種凸點(diǎn)制備方法，工藝簡單、成本低、投資少、可靠性高、抗氧化性好、尺寸均勻、污染少，是一種可以廣泛推廣的新型凸點(diǎn)制備方法。 無鉛標(biāo)準(zhǔn)尚待統(tǒng)一關(guān)于無鉛的定義，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，美國定義w(Pb)%以下為無鉛，歐洲定義w(Pb)%以下為無鉛，%屬于無鉛的范疇。屬有這些定義都不是一成不變的，它與無鉛的測試手段、無鉛技術(shù)的發(fā)展水平都有關(guān)。2001 年，英飛凌、飛利浦和意法半導(dǎo)體提出了世界上第一個(gè)無鉛元器件封裝的建議標(biāo)準(zhǔn)，%。第8章 結(jié)論隨著對(duì)綠色電子/無鉛產(chǎn)業(yè)越來越多的關(guān)注及國內(nèi)外法規(guī)的完善，中國無鉛化產(chǎn)業(yè)的春天也即將到來。很多國內(nèi)外的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，如SMTA、IPC、清華大學(xué)、中國賽寶實(shí)驗(yàn)室、中國電子學(xué)會(huì)生產(chǎn)技術(shù)分會(huì)、各地的SMT 專業(yè)委員會(huì)等，舉辦了各種無鉛培訓(xùn)活動(dòng)，為無鉛技術(shù)的推廣提供了非常多的幫助?？偟膩碇v，無鉛化是當(dāng)今蓬勃發(fā)展的綠色電子產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，企業(yè)從現(xiàn)在開始，應(yīng)積極參與無鉛技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，對(duì)綠色電子/無鉛的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、評(píng)價(jià)、市場、標(biāo)準(zhǔn)等一整套綠色電子的發(fā)展有清楚的了解，找到自己的位置。2004年4 月份，由日本綠色設(shè)計(jì)專家團(tuán)體、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)、IEEECPMT、中國電子封裝學(xué)會(huì)、無錫艾克柏國際微電子聯(lián)合組織了綠色電子技術(shù)/產(chǎn)業(yè)方面的國際研討會(huì)，國內(nèi)外大公司如索尼、富士通、英特爾、摩托羅拉、諾基亞、戴爾、朗訊、飛利浦、華為等近百人參加，這不僅是對(duì)綠色電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的關(guān)注，也是對(duì)中國市場的巨大信心。2005 年的綠色電子論壇正在籌備之中。對(duì)于中國中小企業(yè)來說，無鉛化所帶來的成本的增加，還是一個(gè)比較大的問題，由于大量的無鉛焊料/元器件從國外進(jìn)口，價(jià)格相對(duì)較高，一般比Pb/Sn 焊料的成本要高一倍，而30%左右的價(jià)格差異似乎是很多企業(yè)可以接受的水平，所以無鉛焊料/元器件的本土化生產(chǎn)非常緊迫。政府、研究單位、產(chǎn)業(yè)界應(yīng)該聯(lián)合攜手大力推動(dòng)此事，必須加強(qiáng)焊料、設(shè)備廠商、系統(tǒng)制造商之間的信息交流。另外無鉛元器件的標(biāo)示，產(chǎn)品的返修等也是企業(yè)關(guān)注的問題。無鉛的發(fā)展，既是技術(shù)的問題，更多的是觀念的問題，很多企業(yè)還沒有完全意識(shí)到無鉛化所帶來的實(shí)實(shí)在在的龐大市場。目前，無鉛的推動(dòng)更多的是來自法規(guī)的力量，但是一個(gè)產(chǎn)業(yè)的成熟應(yīng)該依靠市場需求來引導(dǎo)。歐美日企業(yè)在無鉛技術(shù)掌握上進(jìn)步非常迅速，無鉛市場也日趨成熟，中國企業(yè)必須立即行動(dòng)起來，共同培育中國的無鉛市場。 致 謝本文研究工作是在我的導(dǎo)師趙鵬老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，從開題伊始到論文結(jié)束，我所取得的每一個(gè)進(jìn)步、編寫的每一段程序都無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的各科知識(shí)、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪，從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在今后的學(xué)習(xí)工作中，我將銘記恩師對(duì)我的教誨和鼓勵(lì)，盡自己最大的努力取得更好的成績。在此我要向我的導(dǎo)師趙鵬老師致以最衷心的感謝和深深的敬意！在三年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，電子工藝與管理教研室的每位老師對(duì)我的學(xué)習(xí)、生活和工作都給予了熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長足的進(jìn)步。在此，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！衷心感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授。參考文獻(xiàn)[1] Mulugeta Abtew, Guna Selvaduray. Leadfree solder in microelectronics[J]. Mater Sci Eng, 2000, 27: 95–141.[2] Zhao J, Miyashita Y, Mutoh Y. Fatigue crack growth behavior of leadfree solder [J]. Int J Fatigue, 2001, 23: 723–731.[3] Villain J, Brueller O S, Qasim T. Creep behavior of lead free and leadcontaining solder materials at high homologous temperatures with regardto small solder volumes [J]. Sens Actuat, 2002, 99 A: 194–197.[4] Wang L, Yu D Q, Zhao J, et al. Improvement of wettability and tensile propertyin SnAgRE leadfree solder alloy [J]. Mater Lett , 2002, 3726: In Press.[5] 馬鑫, 董本霞. 無鉛焊料發(fā)展現(xiàn)狀 [J]. 電子工藝技術(shù), 2002, 23(2): 47–52.[6] Zeng K, Tu K N. Six cases of reliability study of Pbfree solder joints inelectronic packaging technology [J]. Mater Sci Eng, 2002, 38 R: 55–105.[7] 曹昱, 易丹青, 王穎, 等. SnAg 基無鉛焊料的研究與發(fā)展 [J]. 四川有色金屬, 2001, (3): 5–12.[8] Vaynman S, Fine M E. Development of fluxes for leadfree solderscontaining zinc [J]. Scr Mater , 1999, 41(12): 1269–1271.[9] Vianco P T, Regent J A. Properties of ternary SnAgBi solder alloys: partIIwettability and mechanical properties analyses [J]. J Electron Mater,1999, 28(10): 1138–1143.[10] 王國勇, 劉曉波. SnZn 系電子無鉛軟釬料濕潤性能的研究 [J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版）, 2001, 33(5): 66–68.[11] 馬鑫, 方洪淵, 董秀麗, 等. SnZnIn軟釬料合金初步研究 [J]. 電子工藝技術(shù), 1996, (5): 28–35.[12] 孟桂萍. SnAg 和SnZn 及SnBi 系無鉛焊料 [J]. 電子工藝技術(shù), 2002,23(2): 75–76.36