电子制造业将从成熟的、可靠性非常高的含铅焊料合金转到使用各种无铅合金，这将增加大量工作，同时，人们将关注长期可靠性。除了无铅焊料带来的挑战之外，技术上还需要进行调整，因而，这将导致长期可靠性的不确定性，此外，在调整之前，还有几个问题需要我们认真考虑。 



     电子制造业将从成熟的、可靠性非常高的含铅焊料合金转到使用各种无铅合金，这将给我们增加大量工作，同时，人们将关注长期可靠性和质量。这个变化非常大而且存在不确定性，对大多数制造商和整机制造商来说，要想达到RoHS法例的要求，需要付出巨大的努力。此外，RoHS法例的豁免清单还在扩充。目前，共有14种产品得到豁免；有8种正在审查之中；此外，还有19种等待审查。有了这些豁免之后，RoHS法例的威力大减。到了豁免清单增加到41种产品时，而且每周都有更多豁免申请提交上来，那时，我们不知道它的作用还会有多大。
        根据RoHS法例中关于推动向无铅焊膏转变的部分，电子行业使用的铅只占全世界制造业铅总消耗量的0.5%。电池、军火和染色业所消耗的铅远远超过90%。因此，我们不得不怀疑环境保护的理由是否会带来积极的投资回报（ROI）。
        如果不考虑与无铅焊料有关的困难，那么，单单从技术的角度来看，这确实是可行的。然而，由此而造成的长期可靠性依然不确定。当我们开始转到无铅焊料时，有几个问题需要仔细考虑。如果到现在你还没有开始着手进行适应RoHS法例的工作，你可能很快就会发现时间不够用了。

无铅焊料和工艺
        在无铅焊料中，锡（Sn）占的比例通常达到95%以上。锡会腐蚀其他金属；而且，无铅焊料缺少含铅合金所具有的许多物理特性，由于含铅焊料具有这些特性，它们已经成为电子组装的标准。由于没有一个可以立即取代含铅的低熔点合金，因而转到无铅的工作就变得非常复杂。现在有很多种无铅合金，但是，只有很少几种能够达到令人满意的程度，其中包括Sn/Cu、Sn/Ag/Cu、Sn/In/Cu和Sn/Ni/Cu合金。这些合金与含铅焊料相比，仍然存在一些实质上的不同，其中有：熔化温度较高，湿润性较差，使用起来非常困难，此外，焊点的表面粗糙没有光泽。
        由于无铅焊料的熔化温度高于含铅焊料，因此，首先要提高温度。较高的工作温度并不会加快焊接工艺，而且还会因此带来风险。含铅焊料的熔点为363°F，而无铅焊料的熔点在425°F左右。焊头温度为650°F或者700°F的焊接工具还能够熔化焊料。在这里，温度不是问题，问题在于焊接时铬铁和铬铁头能不能有效地把热量传送过去，以及在焊接期间加热器能不能补充热量的损失。有很多家制造商能够提供性能很好的烙铁头，同时，应该研究一下，看看在焊接时热量是如何高效率地从现有的烙铁头传过去。
        在一般情况下，无铅焊料不能像含铅焊料那样湿润或者铺开得那么好。当我们在焊一个焊点时，还需要驻留一点时间，保证把焊点焊好。提高温度、加快速度，只会得到质量不好的焊点。操作人员必须把速度放慢下来，而且还要有耐心。使用无铅焊料时，出现桥接、开路和焊料不足的缺陷的可能性高于使用含铅焊料。
        除了含氮的无铅合金之外，无铅焊点的表面与操作人员过去所看到的是不同的。因此，操作人员和检验人员需要重新培训，以适应无铅焊接的要求。
        由于无铅焊料氧化速度很快，因此，需要使用更有效而且持续时间更长的助焊剂来保证需要焊接的表面清洁、不会氧化。使用免清洗助焊剂可能会是个挑战，这是因为它们的工艺窗口通常都非常小。一旦免清洗助焊剂蒸发掉，就会立即氧化，从而造成免强合格的焊点或者有缺陷的焊点。当使用无铅焊料时，含有松香的助焊剂，比起不含松香的助焊剂，使用起来更简单。烙铁头的温度更高，同样也会加剧氧化。
        在无铅焊料合金中锡的含量很高，显然，这会增加出现常见缺陷的可能性，而在之前的含铅工艺中，这些缺陷已经得到很好的控制。例如锡须，它会引起桥接，由于目前元件引脚的平均间距只有以前的几分之一，因此，这会导致更为严重的问题。
        由于没有一种标准的合金，因此，我们可以看看各个公司为了满足无铅法例的要求而选用的各种无铅合金。从返修的角度出发，有两个问题需要考虑。第一个问题是，它可能会在合金之间带来兼容性的问题。对返修技师来说，不可能通过目视的方法辨别出一块印刷电路板上使用的是哪一种焊料合金。用于最初的生产制造与返修台上使用的焊料合金，以及元件引脚电镀的材料和烙铁头上的锡必须相互兼容，避免得到无法
        我们建议在印刷电路板和元件上都打上标记，来追踪它所使用的合金。事实上，这是一项非常复杂的工作，而且，由于操作人员的烙铁头上和返修台上会是各种各样的焊料，因此这样做可能无法彻底解决问题。需要注意的是，关于兼容性方面的问题以及把不同的合金混合起来所带来的影响，这方面的研究工作仍在继续进行。把合金的成分改变0.5%，就可以改变湿润性、强度和熔点。每种合金和它的熔点所形成的焊点的特性是不同的，可能要使用不同的助焊剂。

是否与现有的设备兼容？
无庸置疑，无铅焊料会给焊接和返修设备（图1）带来不利的影响，尤其是烙铁头的使用寿命。在无铅焊料中，锡的比例非常高，它与铁混合在一起（烙铁头坚硬的保护层）形成金属化合物，这种金属化合物磨损的速度比铁快得多，也比使用含铅焊料快得多。这会带来两个问题。第一个问题是，由于起保护作用的铁涂层会熔化在锡中，会缩短烙铁头的使用寿命。第二问题是， 化的速度更快，而且，在烙铁头的高温环境下，氧化的速度就更快了。一旦形成锡氧化物，烙铁头就会失去焊料湿润的能力了。如果没有立即清洗，锡氧化物就会留在上面，清除不了，这时就只能更换烙铁头了。许多供应商过去是提供一种湿的材料来清洁烙铁头，现在改用一种打磨工艺（通常是金属锉）。但是，这可能会引起烙铁头磨损。
        在使用无铅焊料时（不论是哪种合金），最重要的是要正确保养烙铁头。烙铁头在不使用时它上面要沾上锡。如果不使用铁来延长它的使用寿命，那么就要把温度降到焊料的熔点温度以下；或者把它的电源切断。供选用的附件，例如，瞬时温度自动调低的烙铁架，也适用于焊接和返修系统。这个选用件可以在烙铁在一段时间不使用时，会降低烙铁头的温度，当烙铁离开烙铁架时，它就立即恢复到工作状态，这样有利于延长烙铁头的使用寿命。
        在过去的十二月里，在烙铁头生产制造方面有许多新技术问世，使烙铁头变得更加耐用，能够经受无铅焊料腐蚀的影响。有一些制造商使用一种表面涂层来延长烙铁头的使用寿命。有一些制造商则改变烙铁头上的保护层，还有一些制造商大量增加烙铁头上铁的含量，但是这解决不了什么问题，因为铁仍然会有磨损，结果是烙铁头变成不规则的或者凹凸不平的形状。增加铁可能还会对传热产生不利的影响。 
       要明确你的烙铁头供应商在工厂里是否是使用无铅焊料来给烙铁头上锡的，这点很重要。新的烙铁头在使用之前，要先加热，把出厂时上的锡除掉。然后，用将要使用的焊料重新给它上锡。这个过程需要重复进行多次，以减少合金污染。如果你的烙铁头已经用含铅焊料上过锡，那么，它们就不能用于无铅焊接，因为无法把铅彻底清除掉，而且它会污染将要接触到的所有焊料。我们可以用以下方法，来延长焊接烙铁头的使用寿命：
1. 在焊接时使用最低的有效温度；
2. 只要有可能，就应当尽量避免使用作用很强的助焊剂；
3. 使用适当大小的烙铁头。烙铁头如果太小，会磨损掉，而烙铁头如果太大，磨损会不均匀，而且，会改变烙铁头的形状，结果变得不能使用，有可能会损坏焊盘。
4. 烙铁头不用时和清洗之后，需要上锡。在烙铁头上一层焊料可以防止铁在空气中氧化，铁在空气上氧化会导致烙铁头不能沾锡或者湿润。
5. 把含有助焊剂芯的焊丝加到受热的焊接处，而不是把它加到烙铁头上。把焊料直接加到烙铁头上，会在烙铁头镀上铁的表面形成针眼，这样烙铁头很快就会失效。在需要用到它时并且妥善地准备好焊接表面之前，会把焊丝中的助焊剂烧掉。
6. 如果铬铁头不能沾锡或者湿润，就需要使用烙铁头清洁器来修复。

使用氮气是否有所帮助呢？
        使用氮气帮助焊接的设备可以缓解一些与无铅焊料有关的问题。氮气可以起到两方面的作用。首先，它在焊接烙铁头周围形成一个惰性气体环境，从而减少了烙头氧化的可能性，而烙铁头氧化会降低传热和保持焊料的能力。其次，它可以在印刷电路板上把相邻区域里的氧气排掉，减少或者防止焊接处出现氧化，对焊接过程有帮助。这不仅减少了所需要的助焊剂数量，还可以改善湿润性，改善焊料铺开的情况，得到更亮、更光滑的表面。
        氮气焊接系统先让氮气通过加热器或者加热器的四周，然后进入焊接处，这样可以预热邻近的区域，减少对元件和引脚的热冲击。由于进行了预热，烙铁头可以用较低、较安全、效果较好的温度。与氮气兼容的焊接系统的价格不会比标准的焊接系统贵很多，许多制造商还提供了可以加上去的低成本附件，以便在焊接过程中使用氮气（图3a、图b、图c）。
现在，我们需要考虑的问题是氮气的来源。从根本上讲，氮气来源只有两个。第一种是瓶装氮气。瓶装的氮气是经过压缩的，通过管子输送到焊接处。它通过气压调节器和具有关闭功能的气阀来降低压力，控制氮气气流流到手工操作的工具上。瓶子里的氮气是纯净的，但是，最好不要在封闭的环境中使用，除非你考虑得非常周密，采取措施进行换气。如果氮气的比例提高，而氧气的比例下降，在这种情况下，是不利于人类的健康的。
        另一种方法是氮气产生器，最好用这个方法。氮气产生器通过一个干燥的、经过过滤和压缩的气源来获取氮气，这个气源通过一个特制的过滤器（图2） 把空气送过去。空气中的其他原子也一定经过这个过滤器，从而得到纯净的氮气。氮气产生器是无源的采集设备，这表明它既没有电子元件也没有运动件，需要的保养工作很少或者完全不需要保养，运作成本很低，并且可以在密闭的空间内使氧气和氮气保持平衡（只要是从同一个空间抽出压缩空气）。一旦氮气经过手工操作的工具，进入周围的空气中，它就会和其他元素重新结合，形成过滤前的空气分子。它可以在不改变室内氧气和氮气浓度比例平衡的情况下，重新过滤。氮气产生器可以供一个焊接台到十个、二十个接台使用。

结论
        在工艺中使用无铅焊料、达到RoHS的要求时，需要解决许多问题。我们已经解决了许多问题，但是，不可否认的是，还会出现许多其他问题。要想在2006年7月1日RoHS法例正式生效之前实现无铅，最好的办法是尽早地开始着手进行这项工作，这样，才能有足够的时间来解决操作规程、现有设备和员工培训等方面的问题。