摘要:
从无铅焊接技术的产生背景、国内外发展现状,可知电子产品的无铅化趋势日益紧迫，其中元器件的无铅化是其根本。介绍了电子元器件的必然发展趋势及电子元器件封装无铅化的技术要求，最后对实现电子无铅化的三个关键技术－无铅焊料、无铅焊接工艺与设备、导电胶连接技术进行了阐述
关键字:元器件；封装；无铅化；焊料；导电胶
1、电子元器件无铅化势在必行
焊料的使用历史悠久，从古罗马用铅锡焊接水管引水，到现代电子工业中元器件的焊接封装，均离不开焊料的使用。据统计，全世界每年有20000吨铅用于电子行业，其中铅锡焊料中的铅是较大用项。
铅是一种低成本，温度及电气性能都有着适当性质的元素，由于铅锡(Pb-Sn)合金同时具有低成本与适当性质，Pb-Sn焊锡合金一直被用于焊接材料之中，也是在现代电子工业中，使用最广的焊接剂材料。电子焊锡约占所有铅用量的0.5%，但铅对人体极为有害，会导致神经系统和生育系统紊乱、神经和身体发育迟缓，会对肾脏形成中毒性肾病、对血红蛋白形成障碍，最后导致贫血，铅中毒特别对年幼儿童的神经发育有极大危害。
鉴于铅的危害作用，我国已明令禁止在食品罐、水管、石油和颜料等方面使用铅。但是日益增多的电子产品废
弃物是有害铅的重要来源。如，一个22英寸的彩色显像管中就含有1.5千克铅（含铅玻璃形式），一旦废弃的显像管遇到酸雨，电子废弃物处理不当，或为了回收少量贵金属而不惜二次污染，是包括铅在内的有害物的重要来源。
为此，世界各国已制定法律来控制铅等有毒物质的使用，欧盟于2002年10月完成的WEEE（Waste El-ectronics and Electrical Equipmen-t）废弃电子电机设备指令。2003年2月13日公告危害物质禁用指令(Restrict of Hazardous Substance，简称RoHs)，RoHS法令正式实施的日期2006年7月1日；日本出于商业及市场的考虑，积极推进所谓绿色电子产品。现在日本在无铅钎焊技术上，已超过欧美，处于世界领先地位。
在世贸组织原则下，市场准入门槛的环保法令将直接影响各国的产品进出口额。欧盟的《指令》到2006年7月已经生效，以我国电子产品现行环保状况，将无法进入欧盟市场。中国信息产业部也发出指令要求电子产品的铅含量的控制也要和欧洲同步，在2006年的7月1号前实施无铅工艺，所有的出口产品也就要达到欧洲相关指令的标准。但是，我国在无铅焊接技术及其材料的研究方面还较落后，虽然已在进行相关研究，但基本是处于采用国外材料和工艺技术的应用性研究阶段，有计划的开发性研究方面尚很欠缺，对相关的材料、工艺、标准等内容的研究尚有待于政府层面的策划和组织[3]。面临日本、美国和欧洲的禁铅政策和国际环保政策门槛限制，必须加大对无铅焊接技术的研究力度，尽快实现我国电子产品制造的无铅焊接。
由于业界对无铅焊料的设备已经做了大量的准备工作，相对来说无铅元器件是目前无铅化比较薄弱的一个环节，随着世界电子制造业向中国的转移，为了降低成本，系统制造商希望能够在中国获得稳定可靠、价格适中的无铅元器件供应。电子元器件无铅化势在必行。
2电子元器件无铅化的技术要求
无铅化的设计准则是不仅元器件外露的电极不含铅，而且内部构件和连接也不含铅和不用含铅焊料。所以完整意义上的电子元器件无铅化包括了元器件内部连接和引出端（线）也要采用无铅焊料和无铅镀层[4]。
2.1无铅元器件引线/端子表面镀层要求[5]
电子元器件中涉及到表面镀层的主要是引线框架和引出端（也可以称为外引线）部分，镀层的主要作用是提高焊接性。传统工艺中大多采用电镀或浸锡的方法形成以Sn-Pb钎料为主体的表面镀层,而要实现元器件的无铅化，首先就是其引线表面镀层的无铅化问题。
电子元器件引线焊端镀层的无铅技术经过多年的发展，已经成为较成熟的技术，日本和欧、美的许多元器件供应商，如国外的日立半导体、村田、KOA、TI、PHILIPS等公司，已经采用无铅化技术进行批量生产，已开发的元器件引线端镀层合金有纯Sn、Sn-Cu、Sn-Bi、Ni/Pd/Au、Ni/Pd、N I-Au、Ag-Pt、Pd-Au等，其中前六种合金为目前使用的主流镀层合金。采用主流无铅技术的元器件，其技术难度和原来的有铅技术基本相同，主要缺点是成本较高。
2.2 无铅元器件的可焊性要求
无铅焊料合金的润湿性、扩散性不如Sn/Pb焊料合金好(扩散性为Sn /Pb焊料的60%～90% )，表面张力大、比重小，容易受元器件以及基板电极的Pb、Bi、Cu等杂质的影响(形成低熔点化合物)，更容易产生桥连、焊料球、接合部的剥离、强度劣化等质量故障。所以无铅焊料的可焊性要好，即无铅焊料要能够满足焊接质量和焊接可靠性要求。
3 电子元器件无铅化的关键技术
3.1 无铅焊料
3.1.1 无铅焊料的特性要求
电子设备装联长时间以来都是以Sn-Pb共晶焊料为主要焊接材料。现在，为保护环境，对焊接材料变更，牵连的相关技术很多，困难也较大。在这种情况下。对替代Sn-Pb共晶焊料的无铅焊料研究，要尽可能的维持原有Sn-Pb共晶焊料的特性。为此，要求研究的无铅焊料特性如下：① 不含有对环境有污染的物质，毒性要小。② 焊料的熔融温度要接近Sn-Pb共晶焊料的熔点，应在200oC左右。③ 具有良好的导电性和可检修性。④ 可使用现有设备，有较好的润湿性。⑥ 有足够的强度，可加工性好。⑥ 供给充足，成本低等。
3.1.2 无铅焊料的分类及特性
替代Sn-Pb共晶焊料的无铅焊料，一般是在原有的无铅焊料的基础上，添加某种金属元素或者进行金属间比例的调整等进行的，根据合金成分来分大体可以分成以下几种：Sn-Ag系列、Sn-Zn系列、Sn-Bi系列。
