SMT生产向绿色环保方向发展-SMT技术

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随着人类文明的进步，人们的环境意识正逐渐增强。保护自然环境，减少工业污染，已越来越受到各国政府和人们的重视。SMT（表面贴装技术）生产作为电子生产的一部分，也不可避免地存在有对环境污染的问题。目前一些发达国家的科研机构正开展相关研究，寻找解决SMT生产污染问题的方法和途径，使SMT生产向绿色环保方向发展。其中无铅焊锡的研究和ODS清洗替代技术就是其中的两个关键课题。一文将简要介绍一下这两个领域的一些发展应用现状。

无铅焊锡的研究

目前在SMT生产过程中普遍采用的是Sn-Pb焊锡，其中铅的含量在40%左右。众所周知铅是有毒的金属，将会对人体和周围环境造成相当巨大的影响。为了消除铅污染，采用无铅焊锡已势在必行。

一、无铅焊锡的研究目标
研究的无铅焊锡应该具备与Sn-Pb体系焊锡大体相同特征。具体目标如下：
① 毒性弱、对环境影响要小。②熔点应同Sn-Pb体系焊锡的熔点（183℃）接近，不应超过200℃。③成本要低，导电性好。④机械强度和耐热疲劳性要与Sn-Pb体系焊锡大体上相同。⑤焊锡的保存稳定性要好。⑥能利用设备和现行工艺条件进行安装。⑦能确保有良好的润湿性和安装后的机械可靠性。⑧焊接后对各种焊接点检修容易和应有良好的电的可靠性。

二、无铅焊锡的研究现状
无铅焊锡的主要成分是锡，熔点是232℃，与其他金属如银、铋、锌等组成合金体系，目前以开发成的几种合金体系如表1所示。
体系焊锡组成熔点（℃）
锡-银 96.5Sn-3.5Ag 221
锡-锌 91Sn-9Zn 199
锡-铋 43Sn-57Bi 139
锡-锑 95Sn-5Sb 236-243
表1 几种无铅焊锡体系的组成和熔点

Sn-Ag系无铅焊锡的熔点为221℃，与Sn-Pb体系焊锡的很多情况较接近，多有应用。在Sn-Ag体系中，适当加入一些铜，除了熔点有所降低外，还提高了焊接可靠性。作为Sn-Ag系无铅焊锡的最大矿物质征，是耐热疲劳性明显优于Sn-Pb体系焊锡。使用在要求接合部长期可靠性的机器中最合适。作为Sn-Pb体系焊锡替代品使用，Sn-Ag系无铅焊锡的主要问题是熔点偏高，另外与Sn-Pb体系焊锡比成本也较高。

Sn-Zn系无铅焊锡的拉伸强度、初期强度、长时间强度变化都比Sn-Pb 系焊锡优越，延展性也与Sn-Pb 体系焊锡具有相同值，另外Zn的毒性也弱（Bi<Zn<In<Sn<Cu<Sb<Ag<Pb），成本也低。若从焊锡合金的机械强度、熔点、成本和毒性等方面考虑，Sn-Zn系无铅焊锡替代Sn-Pb系焊锡也存在不足之处：Zn稳定性不好，易氧化；须选用有效助焊剂。

Sn-Bi系无铅焊锡的特点是熔点低，对于那些耐热性差的电子元器件焊接有利，另外Sn-Bi系无铅焊锡的保存稳定性也好，可使用与Sn-Pb焊锡大体相同的助焊剂在大气中焊接，润湿性没问题。

Sn-Bi 系无铅焊锡的不足之处在于随着Bi的加入量增大，使焊锡变得硬、脆，加工性能大幅度下降，焊接可靠性变坏。因此，必须控制加入量在适当范围内。

到目前为止，满意的替代Sn-Pb 体系焊锡的无铅焊锡还没有出现，已出现的无铅焊料都存在有这样或那样的问题。无铅焊锡还需继续研究改进，逐步提高性能，以满足电子产品可靠性要求。

ODS清洗替代技术
由于禁用ODS物质的蒙特利尔公约实施日期的日益临近，在SMT清洗工艺中采用ODS替代技术已变得十分急迫。许多企业都面临着如何选择适合自己的替代技术的问题。目前已被广泛采用的替代技术主要有三种，分别讨论如下：

一、水洗技术，这种替代技术适用于生产批量大，产品可靠性等级要求较高的企业，水洗技术可分为半水清洗和水清洗两种。半水清洗是在纯水中加入洗涤剂，洗涤过程中洗涤剂与水形成乳化液，洗涤后经静置后，洗涤剂可从水中分离出来。目前美国很多厂家采用这种技术，该技术不足之处在于废液和废水处理是一个较为复杂和尚待彻底解决的问题。

水清洗技术是今后清洗技术的发展方向，须设置纯净水源和排放处理车间。水清洗技术采用以下两种方法：
1）采用皂化剂的水溶液，在60℃~70℃的温度下，皂化剂和松香型助焊剂剩余物反应，形成可溶于水的脂肪酸盐，然后，用边疆的水漂洗去除皂化剂反应产物。
2）采用非香型水溶性助焊剂的PCB组件，加入适当中和剂，有效地去除可溶于水的助焊剂剩余物和其它污染物。

二、免洗技术，在焊接过程中采用免洗助焊剂或免洗焊锡，焊接后直接进入下道工序不再清洗，免洗技术是目前使用最多的一种替代技术，尤其是移动通信产品基本上都是采用免洗方法来替代ODS。目前国内外已经开发也很多种免洗焊剂，国内如北京晶英公司的免清洗焊剂。免清洗焊剂大致可分为三类：
A、松香型焊剂：再流焊接使用惰性松脂焊锡（RMA），可免洗。
B、水溶型焊剂：焊后用水清洗。
C、低固态含量助焊剂：免清洗。

三、超声波熔剂清洗，超声波清洗应用“空气效应”进行清洗。超声波在清洗液中产生数以万计的微小气泡，在负压区形成、生长，在正压区迅速闭合。气泡闭合时形成约1000个大气压的瞬时压力，就象一连串的小“爆炸”，不断地轰击被清洗物的表面而进行清洗。超声波清洗清洁高度，速度快，这种替代技术比较适合于中小批量产品的生产。

结束语
随着各种新技术、新工艺的大量采用以及对环保的要求，SMT生产实现“绿色化”不久就会成为实，二十一世纪人类的生存环境必将变得更加美好！

录入时间:2007-10-06 来源：PCB技术网