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SMT无卤工艺的焊接挑战摘要：由于卤素材料对环境存在巨大的破坏作用，电子工业生产进行无卤转换是不可避免的趋势。本文详细描述了卤素材料的测定方法和SMT无卤工艺面临的三个焊接挑战及应对办法，今编译出来与大家分享。关键词:无卤 焊料 焊接 助焊剂前言阻燃剂在当今很多产品中发挥着重要的安全保护作用，阻燃剂包裹着电子产品，就像睡衣保护着婴儿一样，它在火灾中拯救了无数人的生命。目前常用的阻燃剂都是卤素化合物，卤素材料普遍用于PVC、含溴阻燃剂、含氯阻燃剂，并大量用于SMT生产辅助材料助焊剂。最近几年，人们发现卤素化合物对环境破坏作用很大，比如，使用含卤阻燃剂的塑料制品在燃烧时，会释放出有腐蚀性且有毒的气体，其中的腐蚀性气体随风飘散，对各类电子产品都是一种潜在危害，而其中有毒的气体对人和动物都有潜在的危险。跟踪研究表明，卤化物存在于人和野生动物身上，也存在于自然环境中，所以环境保护组织开始关注卤化物的减量和淘汰问题。电子制造企业目前在风扇、连接器、PCB、电源插座和电源线等产品中广泛使用卤素材料，其中连接器、PCB、电源插座的占比最高。目前，主流的电子制造企业所使用的助焊剂中，都添加溴Br和氯Cl的化合物作为活性剂，所以，SMT无卤工艺转换的首要任务是研制出无卤助焊剂和无卤焊锡膏。不含卤素（HALOGEN-FREE）与不含卤化物（HALIDE-FREE）卤素（Halogen）元素是指元素周期表第7（A）族非金属元素，包括氟（Fluorine，F）、氯（Chlorine，Cl）、溴（Bromine，Br）、碘（Iodine，I）和砹（Astatine，At）五种元素。所谓无卤，即不含卤素（HALOGEN-FREE），就是产品中不能含有任何卤素元素。而卤化物是指含有卤素元素的化合物，比如食盐(NaCl)就是一种常见的卤化物。通常我们说的不含卤化物（HALIDE-FREE），指的是产品中不含任何卤素化合物。IPC/J-STD-004规定的无卤助焊剂标准仅要求助焊剂中不含离子键的卤化物，这个要求是否能满足客户的无卤要求，还需要作仔细评估。无卤发展的历史按照卤化物含量来区分含卤助焊剂和无卤助焊剂不是一个新的概念，如果焊接后未作清洗，PCB组件表面残留的含卤助焊剂残渣具有潜在的腐蚀性危害，所以，早在10年以前，IPC、IEC、JIS等组织就已经按照卤化物含量和其腐蚀性危害程度，将助焊剂分为L, M, H三个等级。对卤化物的含量测定最早是在1970年代开始的，当时高腐蚀性活化剂的使用已经引起大家的关注，测定方法是比较简单的，而且一直沿用至今，比如铜镜测试、铬酸银测试、滴定测试等。由于PCB是卤化物污染的最大祸首，在绿色环保技术的推动下，最新的IEC 61249-2-21:2003已经规定PCB所用无卤材料的标准，标准明确定义印刷电路板（PCB）中Br元素的总量不得超过900PPM，Cl元素总量不得超过900PPM，Br和Cl两种元素总量不得超过1500PPM。在IEC标准出台之前，J-STD-004规定助焊剂中卤化物总含量(Cl+Br+Fl+I)需小于500PPM，才能被定义为L0级 (即“无卤助焊剂”)，测定方法规定为滴定测试或离子色谱法（Ionic chromatography），但是这两种方法都只能测出离子键的卤化物。目前大部分的助焊剂都会加入卤化物作为活性剂使用，有助于去除焊接表面的氧化物。然而，它们通常以共价化合物的形式存在，在免清洗工艺中，相对于离子键结合的化合物，共价化合物具有更加良好的可靠性。需要特别说明的是，滴定测试或离子色谱法（Ionic chromatography）都无法测出共价卤化物。所以，按照J-STD-004标准测定的L0级助焊剂，未必一定是不含卤素（HALOGEN-FREE）的助焊剂。更佳的卤素测定法新的总离子色谱法（Ion chromatography）借助氧弹燃烧法成为一种比较精确测定所有卤化物（包括离子卤化物和共价卤化物）存在的方法，这种测定方法是将助焊剂样品（最多1克）用氧弹燃烧法，在高温下除去所有有机物成分，卤化物将分解为氟、氯、溴离子。燃烧灰烬包含卤素离子和其他无机物，将其投入吸收液中，再通过总离子色谱法（Ion chromatography）可以比较精确地测定卤素含量。经过氧弹燃烧后，所有共价卤化物的结构都被破坏了，所以，它能被总离子色谱法（Ion chromatography）精确测定，除非它不溶于吸收液。由于现在大家普遍使用免清洗的助焊剂，它们的残渣会留在最终电子产品上，所以免清洗的助焊剂必须符合无卤标准。这说明，在回流焊接以后，需要对PCB上的助焊剂残渣作含卤量评估，然而，回流焊接让测定变得更加困难和充满变数，事实上，类似回流焊接温度曲线、助焊剂残渣的位置和厚度等都会影响最终测定的结果。为了说明对助焊剂残渣进行含卤量评估的重要性，我们以焊锡膏为例进行说明。对焊锡膏的含卤量测定对象存在3种可能：焊锡膏、焊锡膏中的助焊剂成分、助焊剂残渣。如果测定对象选择焊锡膏或焊锡膏中的助焊剂成分，即使测定结果都符合标准，也并不能保证助焊剂残渣中的卤素含量就一定小于900PPM。一般来说，焊锡膏包含90%的金属成分和10%的助焊剂（按重量区分），在回流焊接过程中，约50%的助焊剂会挥发掉，而卤素几乎一点都不会挥发。所以如果要求助焊剂残渣的Br、Cl含量都小于900PPM，那么就应该要求助焊剂中它们的含量都小于450PPM，而在焊锡膏中它们含量的都小于45PPM。基于以上事实，我们可以清楚地知道，如果测定对象不选择助焊剂残渣的话，那测定结果就可能是错误的。由于很多卤素检测仪器的最小检测限制是50PPM，因此，如果测定对象选择焊锡膏的话，即使仪器检测不到任何卤素，而助焊剂残渣中的含卤量可能会超过900PPM的限制。无卤转换对SMT工艺的影响一旦选定了一款无卤焊锡膏或无卤助焊剂，下一步就要考虑应用到实际的SMT生产中，目前，SMT业界正处于锡铅焊料向无铅焊料转换的过渡期，焊锡膏和助焊剂都面临无铅工艺转换的压力，加上不断增长的无卤工艺需求，SMT企业更需要加快焊锡膏和助焊剂的无铅、无卤符合性的评估。 卤素材料被作为活性剂加入助焊剂中，是因为它们去除焊接表面氧化物的效果特别好，目前已经研究出无卤转换的备选方案，但还需要作仔细评估。由于用于焊锡膏的助焊剂是包含松香、溶剂、