无铅的焊接挑战：
铅是种特性十分适合焊接工艺的材料。当我们将它除去后，到目前还无法找到一种能够完满取代它的金属或合金。当我们在工艺、质量、资源和成本等考虑上找到比较满意的代用品时，我们在工艺和成本上都不得不做出让步。而在工艺上较不理想的有以下几个方面。
较高的焊接温度。大多数的无铅焊料合金的熔点都较传统锡铅焊料合金高。业界有少部份溶点低的合金，但由于其中采用如铟之类的昂贵金属而成本高。熔点高自然需要更高的温度来处理，这就带来了需要较高的焊接温度。不过熔点只是决定焊接温度的一个因素。例如目前被推荐的SAC305材料，其熔点为217oC，而事实上我们目前处理锡铅焊料时多数的焊接温度是达到225oC，甚至是235oC。这已经是超出了SAC305合金的熔点，为什么我们还需要提高呢？就是因为熔点并非唯一的考虑。
较差的润湿性。无铅合金也被发现具有较不良的润湿性能。这不利于焊点的形成，并对锡膏印刷工艺有较高的要求。由于润湿效果可以通过较高的温度来提高，这又加强了无铅对较高温度的需求。熔化的金属，一般在其熔点温度上的润湿性是很差的，所以实际焊接中我们都需要在熔点温度上加上20度或以上的温度以确保能有足够的润湿。这也说明了以上我们提到为什么SAC305不能使用刚过217oC的温度来进行焊接的原因。美国推荐245到255oC。
较长的焊接时间。由于温度提高了，为了避免器件或材料经受热冲击和确保足够的恒温以及预热，焊接的时间一般也需要增长。
以上这些不理想的地方带给用户什么呢？总结来说就是器件或材料的热损坏、焊点的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性问题等工艺故障。这些问题，在锡铅技术中都属于相对较好处理的。所以到了无铅技术时，我们面对的焊接技术挑战更大。简单来说，无铅的工艺挑战或工艺难处，在于其工艺窗口相对锡铅技术来说是缩小了。例如器件的耐热性，在锡铅技术中一般为240oC，到了无铅技术，IPC和JEDEC标准中建议必须能够承受260oC的峰值温度。这提高只是20oC。但在合金熔点上，从锡铅（Sn37Pb）的183oC到SAC305的217oC却是提高了34oC！这就使工艺窗口明显的缩小。使工艺的设置、调整和控制都更加困难。
如果您不采用较高成本的低温无铅合金，你的最低温度（约235oC），几乎已经是锡铅技术中的最高焊接温度了。而如果你采用美国NEMI的建议，也就是使用SAC305和焊接温度在245到255oC时，你的热-冷点温度窗口只有10oC，而在锡铅技术中这温度窗口有30oC之多。 
无铅器件的耐热标准，目前多认同确保在260oC最高温度上（注一），这距离推荐的SAC305合金的最高焊接温度只有5oC。如果我们考虑测量设置的系统误差（注二）的需要保留6oC，以及业界许多回流的波动性时，我们根本无法使用高达255oC的温度。
图一是典型无铅焊接的峰值温度（回流）部份。图中注明了和锡铅技术不同的地方。而这些差异，都增加了工艺调整的限制和难度。
在回流焊接工艺中，现在的主流设备是强制热风回流炉。炉子在整个焊接过程中只有一个速度（链速），炉子的温区数量和长度是固定的，而整个回流曲线中的5个阶段都有不同的要求，PCBA上的不同器件和焊点也都有不同的要求。加上在无铅技术中，我们发现焊接的冷却工艺参数对某些焊料比锡铅技术敏感而可能需要加以控制，又增加了一项需要考虑的参数和设备限制（冷却区的效率、尺寸等）。所以用户想很好的调整到满足所有焊点的一个设置其实是不容易的。
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回流焊接的工艺设置，就是通过炉子的各温区温度，以及传送链速度的设置来取得最适当的‘回流温度曲线’的工作。最适当的意思，表示没有单一的曲线是可以供所有用户使用的。而必须配合用户的材料选择，板的设计，锡膏的选择来决定。不论是锡铅技术还是无铅技术，其实工艺设置的方法都是一样的。所不同的是其最终的参数值。基本上，无铅由于前面提到的工艺窗口缩小的问题，使得工艺设置的工作难度较高。这需要更高的工艺能力，以及对技术的了解和掌握上做得更完整更细化。
工艺设置的首要条件，是用户必须知道所要焊接产品的温度时间要求。对于大多数用户来说，这就是回流曲线规范。为了方便技术管理，一般只制定了一个规范，规范中清楚的指出各参数的调整极限。在锡铅技术中，绝大多数用户的这个规范曲线都来自锡膏供应商的推荐。在工艺窗口较大的锡铅技术中，人们遇到的问题似乎不大（但绝非没有问题）。但进入无铅后，这做法未必可靠。原因是锡膏并非决定焊接温度曲线的唯一因素，以及供应商提供的曲线并不精确。例如温度的上升速度参数，除了考虑锡膏中焊剂的反应外，我们也必须照顾到所使用器件的耐热冲击特性。锡膏供应商不可能知道你将选择什么器件材料，所以更不可能在其推荐曲线中照顾到用户的具体情况。在掌握工艺技术较好的企业中，选择锡膏前都必须对锡膏等进行测试评估。这工作在无铅技术中是个必要而非可有可无的工作。只有当用户具体、清楚的了解锡膏等特性后才能有效的找出最好的曲线特性。
相信有小部份读者有以下的经历。在生产过程中某些器件因热受到损害。而当时所设置的炉温曲线符合锡膏供应商的指标，而器件的耐热性也高于所设的温度曲线。但经过调整较低温度或缩短焊接时间后问题就获得解决。从我的经验中，这有两个原因。最大的来自炉子的稳定性。这里我们不谈这设备的问题。另外一个问题是目前器件供应商们在谈论耐热这一特性时未精确完善的结果。事实上，当我们谈论器件的耐热性时有四个方面的特性。这些就是‘升温热冲击抗力’（还可分高温和低温），‘降温热冲击抗力’，‘绝对最高温度’，以及‘热量承受力’。而业界目前常用的方法是以一条焊接温度曲线来表示器件的耐热性能。因此缺乏精确。尤其是第二和第四个特性指标，业界更是缺乏讨论和标定。这种情况，将影响我们工艺的准确性。
\器件焊端镀层是另外一项没有被仔细了解和控制的材料参数。镀层的材料（例如NiPd或Sn等等）、镀层的工艺（例如无极电镀，浸镀等等）、以及镀层的厚度，将决定用户的库存能力，可焊性以及质量问题或故障模式。而这些也会因为无铅技术到来而有所变化。以往不太需要注意的，现在也许会成为不得不给于关注的。PCB焊盘的镀层也一样，材料、工艺和厚度都必须了解和给于适当的控制。读者可以参考我以往相关的文章，以及去需求更多的知识。总之，要有良好的工艺设置，用户必须首先知道自己的材料和设计需求。从需求上制定应该有的温度曲线标准。 k热耦的设置有了工艺标准后，要确保焊接温度和时间的准确设置，首先我们必须要有较可靠的测量方法来协助判断。热耦测量几乎是SMT界统一的做法。虽然历史悠久，用户也不陌生，但这方面在无铅技术中的讲求精准上还有需要注意的地方。
首先是PCBA上热冷点的选择。为了同时照顾到PCBA上所有焊点的质量，这是个十分关键的工作。因为一旦最热和最冷点的温度设置对了，那其他各点的温度肯定就在合格范围内。由于无铅的温度窗口小了，以往靠目视判断热冷点的方法就越来越不可靠了。必须使用观察熔化次序的做法来达成目的。再由于温度的提高，工艺工程师还必须注意一些无法从熔化情况看出而属于较热或较敏感的器件封装的温度。例如QFN，BGA和一些接插座等等。 j/e''VaX3p 
接下来就是热耦的选择和安装方法。目前使用的热耦基本上几乎都是K类热耦。这是因为市面上的测温仪器都设计来对这类热耦进行测量误差补偿。但即使都是K类热耦，也有不同的线直径和长短之分。选择适当您安装热耦方法的直径。在不需要利用热耦的机械或弹力时尽量选择细小热耦。在任何情况下都尽量选择短些的热耦，长度只要够布置测量就行了。安装热耦一般有几种方法，包括高温焊接、高温胶纸、固定胶、机械固定等。它们之间在操作性和精度上都有不同的表现。该注意的，是各种方法都有安装技巧要掌握。我个人比较推荐两种做法的配合使用。一是高温焊接，另一是固定胶+高温胶纸。高温焊接可以提供高精度和可靠的测量，但K类热耦的材料相当难焊接。尤其是使用过和氧化较高的热耦。对于较冷的点也焊接不容易。市面上的电烙铁，虽然标示可以设置到400度或更高，但实际上其热容量和回温能力，在较冷的焊点情况下多不足以处理高温焊接。高温焊接的另外一个弱点是无法使用在不可焊的表面上（如器件封装表面），所以必须配合其他方法来使用。
固定胶的安装方法也很有效。要点是采用遇热不会软化的胶水，以及不能在热耦上造成太大的胶点。尤其应该避免热耦和焊点接触面之间。否则测量结果会偏低几度。由于胶点很小，其作用并没有包括建立防止热耦脱落的功能。所以安装时还必须配合使用小片的高温胶纸来固定。切记跑线和胶纸的连接不能太改变测试点和周边上的对流条件。
不良的热耦安装可以给您带来超过5度的测量误差，而无铅技术中您并没有太大的空间容许这些误差的出现。这是用户们该记住的。所以以往我们不是太重视的技术，在无铅中可能就不能不管了。
 
曲线的设置和调整：