焊料從發明到使用(yòng)，已有(yǒu)幾千年的曆史。Sn／Pb焊料以其優異的性能(néng)和低廉的成本，一直得到人們的重用(yòng)，現已成為(wèi)電(diàn)子組裝(zhuāng)焊接中(zhōng)的主要焊接材料。但是，鉛及其化合物(wù)屬于有(yǒu)毒物(wù)質(zhì)，長(cháng)期使用(yòng)會給人類生活環境和安(ān)全帶來較大的危害。從保護地球村環境和人類的安(ān)全出發，限制使用(yòng)甚至禁止使用(yòng)有(yǒu)鉛焊料的呼聲越來越強烈，這種具(jù)有(yǒu)悠久應用(yòng)曆史的Sn／Pb焊料，将逐漸被新(xīn)的綠色焊料所替代，在進入二十一世紀時，這将成為(wèi)可(kě)能(néng)。 
    人體(tǐ)通過呼吸，進食，皮膚吸收等都有(yǒu)可(kě)能(néng)吸收鉛或其化合物(wù)，鉛被人體(tǐ)器官攝取後，将抑制蛋白質(zhì)的正常合成功能(néng)，危害人體(tǐ)中(zhōng)樞神經，造成精(jīng)神混亂、呆滞、生殖功能(néng)障礙、貧血、高血壓等慢性疾病。鉛對兒童的危害更大，會影響智商(shāng)和正常發育。 
電(diàn)子工(gōng)業中(zhōng)大量使用(yòng)的Sn／Pb合金焊料是造成污染的重要來源之一，在制造和使用(yòng)Sn／Pb焊料的過程中(zhōng)，由于熔化溫度較高，有(yǒu)大量的鉛蒸氣逸出，将直接嚴重影響操作(zuò)人員的身體(tǐ)健康。波峰焊設備在工(gōng)作(zuò)中(zhōng)産(chǎn)生的大量的富鉛焊料廢渣，對人類生态環境污染極大。近年來有(yǒu)關地下水中(zhōng)鉛的污染更引起人們的關注，除了廢棄的蓄電(diàn)池大量含鉛外，丢棄的各種電(diàn)子産(chǎn)品PCB上所含的鉛也不容忽視。以美國(guó)為(wèi)例，每年随電(diàn)子産(chǎn)品丢棄的PCB約一億塊，按每塊含Sn／Pb焊料10克，其中(zhōng)鉛含量為(wèi)40％計算，每年随PCB丢棄的鉛量即為(wèi)400噸。當下雨時這些鉛變成溶于水的鹽類，逐漸溶解污染水，特别是在遇酸雨時，雨中(zhōng)所含的硝酸和鹽酸，更促使鉛的溶解。對于飲用(yòng)地下水的人們，随着時間的延長(cháng)，鉛在人體(tǐ)内的積累，就會引起鉛中(zhōng)毒。 
    二十世紀九十年代初，由美國(guó)國(guó)會提出了關于鉛的限制法案，并由工(gōng)作(zuò)小(xiǎo)組着手進行無鉛焊料的研究開發活動。目前，美國(guó)已在汽車(chē)、汽油、罐頭、自來水管等生産(chǎn)和應用(yòng)中(zhōng)禁止使用(yòng)鉛和含鉛焊料。但該法案對電(diàn)子工(gōng)業産(chǎn)生的效能(néng)并不大，在電(diàn)子産(chǎn)品中(zhōng)禁止使用(yòng)含鉛焊料進展緩慢。歐洲和日本等發達國(guó)家對焊料中(zhōng)限制鉛的使用(yòng)也很(hěn)關注。對于居住環境意識較強的歐洲，歐盟于1998年通過法案，已明确從2004年1月1日起任何制品中(zhōng)不可(kě)使用(yòng)含鉛焊料，但因技(jì )術等方面的原因，在電(diàn)子産(chǎn)品中(zhōng)完全禁止使用(yòng)鉛有(yǒu)可(kě)能(néng)推遲至2008年執行。在無鉛焊料研究和應用(yòng)方面，日本走得最快。為(wèi)了适應市場的需要，擴大市場份額，日本提出了生産(chǎn)綠色産(chǎn)品的概念。松下電(diàn)器、日立、NEC、富士通等各大公(gōng)司紛紛降低了鉛的使用(yòng)，并制訂了無鉛化的進程計劃，從2000年開始已在部分(fēn)産(chǎn)品生産(chǎn)中(zhōng)使用(yòng)無鉛焊料。 
    此外，随着微細間距器件的發展，組裝(zhuāng)密度愈來愈高，焊點愈來愈小(xiǎo)，而其所承載的力學(xué)、電(diàn)學(xué)和熱學(xué)負荷則愈來愈重，對可(kě)靠性要求日益提高，但傳統的Sn／Pb合金的抗蠕變性差，不能(néng)滿足近代電(diàn)子工(gōng)業對可(kě)靠性的要求。因此，無鉛焊料的開發和應用(yòng)，不僅對環境保護有(yǒu)利，而且還擔負着提高電(diàn)子産(chǎn)品質(zhì)量的重要任務(wù)。 
    近幾年來有(yǒu)關無鉛焊料的研究工(gōng)作(zuò)發展很(hěn)快，世界上各大著名(míng)公(gōng)司、國(guó)家實驗室和研究院所都投入了相當的力量開展無鉛焊料的研究。國(guó)内外的已有(yǒu)的研究成果表明，最有(yǒu)可(kě)能(néng)替代Sn／Pb焊料的無毒合金是Sn基合金。無鉛焊料主要以Sn為(wèi)主，添加A g 、Zn 、Cu 、Sb、Bi 、In等金屬元素。通過焊料合金化來改善合金性能(néng)，提高可(kě)焊性。由于Sn—In系合金蠕變性差，In極易氧化，且成本太高；Sn—Sb系合金潤濕性差，Sb還稍具(jù)毒性，這兩種合金體(tǐ)系的開發和應用(yòng)較少。實際上二元系合金要做成為(wèi)能(néng)滿足各種特性的基本材料是不完善的，目前最常見的無鉛焊料主要是以Sn—A g 、Sn—Zn、Sn—Bi為(wèi)基體(tǐ)，在其中(zhōng)添加适量的其它金屬元素所組成的三元合金和多(duō)元合金。如果單純考慮可(kě)焊性，能(néng)替代Sn／Pb共晶焊料的無鉛焊料很(hěn)多(duō)，如下表所示。 
    綜觀Sn—A g 、Sn—Zn、Sn—Bi三個體(tǐ)系無鉛焊料，與Sn—Pb共晶焊料相比，各有(yǒu)優缺點。Sn—A g系焊料，具(jù)有(yǒu)優良的機械性能(néng)，拉伸強度，蠕變特性及耐熱老化性都比Sn—Pb共晶焊料優越，延展性比Sn／Pb共晶焊料稍差，但不存延展性随時間加長(cháng)而劣化的問題。Sn—A g系焊料，熔點偏高，通常比Sn—Pb共晶焊料要高30—40℃，潤濕性差，而且成本高。熔點和成本是Sn—A g系焊料存在的主要問題。Sn—Zn系焊料，機械性能(néng)好，拉伸強度比Sn—Pb共晶焊料好，與Sn—Pb焊料一樣，可(kě)以拉制成線(xiàn)材使用(yòng)；具(jù)有(yǒu)良好的蠕變特性，變形速度慢，至斷裂的時間長(cháng)。該體(tǐ)系最大的缺點是Zn極易氧化，潤濕性和穩定性差，且具(jù)有(yǒu)腐蝕性。Sn—Bi系焊料，實際上是以Sn—A g（Cu）系合金為(wèi)基體(tǐ)，添加适量的Bi組成的焊料合金，合金的最大的優點是降低了熔點，使其與Sn—Pb共晶焊料相近；蠕變特性好，并增大了合金的拉伸強度，但延展性變壞，變得硬而脆，加工(gōng)性差，不能(néng)加工(gōng)成線(xiàn)材使用(yòng)。總之，目前雖然已開發出許多(duō)可(kě)以替代Sn—Pb合金的焊料，但尚未開發出一種完全能(néng)替代Sn／Pb合金的高性能(néng)低成本的無鉛焊料。 
為(wèi)了實現保護環境和提高産(chǎn)品質(zhì)量為(wèi)目的，并考慮電(diàn)子組裝(zhuāng)工(gōng)藝條件的要求，無鉛焊料應滿足以下條件：熔點低，合金共晶溫度近似于Sn63／Pb37的共晶溫度183℃，大緻在180℃～220℃之間；無毒或毒性很(hěn)低，所選用(yòng)的材料現在和将來都不會污染環境；熱傳導率和導電(diàn)率要與Sn63 ／Pb37的共晶焊料相當；具(jù)有(yǒu)良好的潤濕性；機械性能(néng)良好，焊點要有(yǒu)足夠的機械強度和抗熱老化性能(néng)；要與現有(yǒu)的焊接設備和工(gōng)藝兼容，可(kě)在不更新(xīn)設備不改變現行工(gōng)藝的條件下進行焊接；與目前使用(yòng)的助焊劑兼容；焊接後對各焊點檢修容易；成本要低，所選用(yòng)的材料能(néng)保證充分(fēn)供應。 
    這是研制開發無鉛焊料的方向，要做到滿足以上要求，有(yǒu)一定的難度，因此，對性能(néng)、成本均理(lǐ)想的綠色焊料的研制已成為(wèi)研究的熱點。 
    電(diàn)子組裝(zhuāng)焊接是一個系統工(gōng)程，對無鉛焊接技(jì )術的應用(yòng)，其影響因素很(hěn)多(duō)，要使無鉛焊接技(jì )術獲得廣泛應用(yòng)，還必從系統工(gōng)程的角度來解析和研究以下幾個方面的問題： 
元件：目前開發已用(yòng)于電(diàn)子組裝(zhuāng)用(yòng)的無鉛焊料，熔點一般要比Sn63 ／Pb37的共晶焊料高，所以要求元件耐高溫，而且要求元件也無鉛化，即元件内部連接和引出端（線(xiàn)）也要采用(yòng)無鉛焊料和無鉛鍍層。 
    PCB：要求PCB闆的基礎材料耐更高溫度，焊接後不變形，表面鍍覆的無鉛共晶合金材料與組裝(zhuāng)焊接用(yòng)無鉛焊料兼容，而且要考慮低成本。 
助焊劑：要開發新(xīn)型的氧化還原能(néng)力更強和潤濕性更好的助焊劑，以滿足無鉛焊料焊接的要求。助焊劑要與焊接預熱溫度和焊接溫度相匹配，而且要滿足環保的要求。迄今為(wèi)止，實際測試證明免清洗助焊劑用(yòng)于無鉛焊料焊接更好。 
    焊接設備：要适應新(xīn)的焊接溫度的要求，預熱區(qū)的加長(cháng)或更換新(xīn)的加熱元件、波峰焊焊槽，機械結構和傳動裝(zhuāng)置都要适應新(xīn)的要求，錫鍋的結構材料與焊料的一緻性（兼容性）要匹配。為(wèi)了提高焊接質(zhì)量和減少焊料的氧化，采用(yòng)新(xīn)的行之有(yǒu)效的抑制焊料氧化技(jì )術和采用(yòng)隋性氣體(tǐ)（例如N 2）保護焊技(jì )術是必要的。 
廢料回收：從含A g的Sn基無鉛無毒的綠色焊料中(zhōng)分(fēn)離Bi和Cu将是非常困難的，如何回收Sn—A g合金又(yòu)是一個新(xīn)課題。所以，無鉛焊料的實用(yòng)化進程是否順利，與焊接設備制造商(shāng)、焊料制造商(shāng)、助焊劑制造商(shāng)和元器件制造商(shāng)四者間的協調作(zuò)用(yòng)有(yǒu)很(hěn)大關系，其中(zhōng)隻要有(yǒu)一方配合不好，就會對推廣應用(yòng)無鉛焊料産(chǎn)生障礙。目前，焊接設備制造商(shāng)已經開始行動，正在推出或即将推出适應無鉛焊料焊接的回流焊爐。 
    此外，采用(yòng)無鉛焊料替代Sn／Pb焊料在解決污染的同時，可(kě)能(néng)會出現一系列新(xīn)的問題。例如Sn／Pb系列焊料中(zhōng)，Sn與Pb對H、Cl等元素的超電(diàn)勢都比較高，而無鉛焊料中(zhōng)A g、Zn、Cu等元素對H、Cl的超電(diàn)勢都很(hěn)低，由于超電(diàn)勢的降低而易引起焊接區(qū)殘留的H 、Cl離子遷移産(chǎn)生的電(diàn)極反應，從而會引起集成電(diàn)路元件短路。 
    盡管當前無鉛焊料的研究開發和應用(yòng)正走向深入研究階段，但根據世界各國(guó)的開發狀況來看，要在短時間内研制出使用(yòng)性能(néng)超過Sn—Pb共晶焊料的高性能(néng)的無鉛焊料是一件困難的事情。全面考慮成本、性能(néng)的新(xīn)型無鉛焊料标準尚未制訂，其測試方法和性能(néng)綜合評定方法也有(yǒu)待于在繼續的研制及應用(yòng)過程中(zhōng)得以解決，還有(yǒu)許多(duō)工(gōng)作(zuò)要做。但是焊接材料的無鉛、無毒化方向已定，沒有(yǒu)别的選擇，隻有(yǒu)行動起來，投身到研究、開發、推廣應用(yòng)無鉛焊料的行列中(zhōng)去，為(wèi)推動我國(guó)無鉛焊料的開發和應用(yòng)，為(wèi)地球村的環境保護作(zuò)出應有(yǒu)的貢獻。