无铅工艺在电子组装设备中的重要性

伴随着板卡、元器件和钎料合金实现无铅化的同时，无铅化工艺也对电子组装设备提出了更高层次的要求（见图1-3）。其中钎料膏印刷机和贴片机经过一定的工艺优化过程，可以支持无铅工艺生产。改动较大的设备主要包括波峰焊炉、回流焊炉、检测设备以及返修设备等。

图1-3 无铅化带来的组装工艺挑战

（1）回流焊炉 传统锡铅钎料的回流焊峰值温度最高约为225℃，但是采用Sn-Ag-Cu钎料时的峰值温度达到245℃左右，而这与回流焊的危险温度260℃（热敏感元器件的最高允许温度）分别相差35℃和15℃，无铅化使得回流焊工艺窗口收窄约57%，这就要求回流炉不仅要具有很好的热传导性能，以使不同热容量的PCB、元器件在回流时的表面温差达到最小，而且必须控温非常精确。因此，目前主流回流焊炉普遍采用的是热风对流式以及多温区控制，温区数最多可达上下各12～15个温区。温区越多，就越有利于回流曲线的精确控制和调整，满足温度爬升和下降变陡的要求。无铅回流焊炉一般也设置了两个及以上强制对流冷却温区，并且有的还采用了分层气流冷却系统，以使得回流焊接的冷却也处于受控状态。为防止高温下钎料膏发生氧化，PCB、元器件的氧化变色等问题，无铅回流焊炉还设置了氮气保护装置，它可以明显改善焊点的可靠性和外观，但相应地导致成本增加。

（2）波峰焊炉 波峰焊炉同回流焊炉一样也要求控温精确，最好在±l℃之内。预热区在一般情况下需要加长，以保证进入波峰焊之前，组装板保持住高温，并且温度达到均匀一致。锡炉内第一、二锡波之间的间隔尽量缩小，以此来防止温度下降过多。除此之外，钎料槽内的金属部分（如喷嘴等）易在高温下被高锡无铅钎料熔解腐蚀，为此要选择特殊的材料来防止其发生过快的腐蚀。(www.xing528.com)

（3）检测设备 同铅锡焊点相比，无铅焊点的表面比较粗糙、光泽较暗，当光源照射焊点时会产生漫反射，因此会干扰检测结果。除此之外，无铅钎料的润湿性较差，但表面张力却较高，不如锡铅钎料的流动性好，这将导致焊点形状不尽相同，从而要求自动光学检测（Automated Optical Inspection，AOI）设备必须能检测出焊点的不规则变化。

（4）返修设备 板卡上的脱焊、漏焊以及虚焊等缺陷，仍然需要手工焊接返修。目前所用的树脂芯无铅焊丝比锡铅焊丝较硬一些，且熔化速度较慢，因此，最基本的改进方法则是提高烙铁的功率和提供更高的温度。但是温度过高，又可能导致元器件的损坏、焊剂加速胶着、锡氧化、器件引线端镀层消失、焊盘剥落等问题，影响手工焊接质量。这是当今无铅手工焊接技术面临的一大挑战。为了解决这一难题，如今在日本市场上出现了一种新型无铅树脂芯焊丝产品，它是在树脂芯钎料丝中加入一种专门开发的耐热性助焊剂，并将其含量（质量分数）增加到3%～4%。在400℃高温下的测试结果表明，这种无铅焊丝具有良好的延展性。无铅生产PCB返修工作站也在不断提升其技术含量，例如通过采用全闭环控制系统对温度进行精密控制，从而达到非常理想的热量分布。返修工作的概念不再仅仅是简单的修理，而是指模拟产品初始的生产工艺，采用与初始生产工艺标准几乎同样的标准来全面、可靠地恢复产品的全部特性。

总而言之，电子组装无铅化已经得到推广应用，取得了一定的成功，但仍有许多问题尚待研究探索。