摘要： 即使面临无铅产品更高的生产成本的挑战，电子产品制造商仍然必须面对持续降低产品成本的压力。在许多案例中，装配厂商为了不增加元器件和层压 板的成本而被迫尝试在原先使用的设备上安装新的无铅装配线。许多制造商考虑材料供应商和独立的实验室提供的材料的可靠性数据，他们中有很多并没有 考虑到他们自己组装时对可靠性的影响。本文讨论的是使用的层压板以及工艺参数对无铅装配的可靠性的潜在影响。
在电子组装的许多方面，转换到无铅焊接已经实现。由于几年前已经开始研究在初始阶段如何选择合金，很多时候大家通过调节工艺参数来提高在线产量。另外，与锡铅合金相比，所有可供选择的 无铅合金都具有浸润速度更慢，表面张力更大以及更高的工艺温度。为了适应所选合金的工艺要求，许多厂家选择了更新型的助焊剂。
在装配厂商方面，除了不得不应对这些工艺挑战，同时低成本消费品市场由于大多数视听产品的价格快速降低；低成本制造以及新品牌的不断涌现从另一个方面增大了对现有品牌的价格压力。
波峰焊接是许多电子消费品生产中非常重要的工艺，转换到无铅生产会引起一些成本波动。主要来说，成本会分摊在以下几项中：（1）PCB和元器件成本；（2）焊接材料以及耗材成本；（3）加工成本。
电子消费品制造商不得不接受转换到无铅工艺而带来的更高的材料成本以及更高的加工成本，他们被迫放弃其他需增加的成本如使用更贵、热稳定性更好的层压板；但是，他们没有评估因这些工艺变动而对产品的可靠性，以及制造缺陷率的影响。本文旨在揭示无铅波峰焊对组装材料、工艺和线路板可靠性的潜在影响。
1无铅波峰焊接工艺的挑战
1.1合金选择与评估
一般来说，我们通过以下三个步骤对合金来进行评估。第一，工艺性能指标。它们不是波峰焊接直接的测量方法，但是测量那些已知的对工艺性能有影响的合金的关键特性非常重要。第二，在受控的波峰焊接工艺通过评估 合金的实际特性来评定其对工艺良率的影响；然后使用机 械测试以及通过热循环加速老化实验来测试焊接合金的可靠性。最后，以锡铅合金为基准，对比测试合金焊连接点的完整性和可靠性。
由此我们可以看出，在很多研究中经常遗漏实施无铅合金工艺后更多的热量对元器件和PWB的影响。
1.2工艺良率
所有从事制造的专业人员都知道，相对于工艺良率而言，材料的成本影响相对来说是很小的。工艺良率上的变化对一条生产线的收益率往往有着非常惊人的影响，尤其是对CEM厂家来说。
波峰焊接所产生的许多焊接缺陷与助焊剂、合金（包 括其纯度）、PCB/元器件涂层、PCB板的设计，以及气氛和工艺设定有密切的联系。转换到无铅波峰焊接，我们需要缩小工艺窗口，因此工艺工程师的重要任务是拓宽工艺 窗口已达到可接受的结果（输出），同时尽量减少工艺所 影响的成本（输入）。
正如上述讨论的那样，合金的一些重要特性对波峰焊接的结果相当重要。浸润和流动更慢会导致虚焊或半浸润 焊点的增加，因为终端与PCB板的电接触可能时断时续，虚焊的连接点在在线测试（ICT）或功能确认测试(FVT)中 可能不易被发现。持久影响电路功能性的桥连可用手工以 及自动检测方法进行检测。在许多无铅组装中发现越来越 多的桥连，这主要是由于合金表面更强的张力造成焊点脱锡不良。对于增加的桥连，常见的补救工艺是提高预热以及焊炉的工艺温度，但此方法对层压板和元器件有负面作用。
2无铅合金的工艺性能以及其对工艺设定的影响
2.1固相线/液相线的温度
所有常见的无铅合金比锡铅合金的熔点更高。正因如此，操作温度也相应提高以确保合金有足够的流动性和脱锡性。介于合金液相线和可接受的操作温度之间的工艺窗口，无铅合金大概是锡铅合金工艺窗口的60%左右，见图1。
探究合金温度对性能有何影响能给工艺工程师一些启示，表1展示合金温度变化的通常影响。
许多评估首要集中在上表开始的四个性能指标，其理由很简单：他们是在试验中可计量的特性。工艺工程师需要负责设计并实行高效且高良率工艺，所以更倾向于使用更高的操作温度这一方法来提高良率。