人类自工业革命以来，不断发展的生产技术使制造成本不断下降。自动化技术的出现更加剧了这一发展。而由于成本价格的下降，造成产品消费的大众化，大量生产又进一步推动了技术的发展和制造成本的下降…这现象首先出现在汽车行业中。快速发展的情况从二次世界大战后开始，一直到70年代中期汽油价格上涨时才有缓和现象。但这也只是短期性的步伐放慢。从70年代末起，随着电脑技术的诞生和进入80年代的成熟，工业和制造业的发展更是快速。而连带的造就了用户市场的剧增。据统计，从70年代末到90年代末的20年中，汽车的拥有量就翻了6倍，工业材料的产量需求增加了10倍，能源的消耗达4倍，其中电能源的消耗量更是高达8倍以上。这说明了电器和电子产品的高速度发展。事实上，根据美国的统计，电器和电子业已经在1996年超越其他工业而开始成为更大的工业。

    工业和制造业的发展带给人们更好的物质生活。但却也同时带来了影响人类健康的环境污染问题。而人类也早在60、70年代初就意识到如汽车排气和水银污染等带给人们的危害及严重程度。而开始设立环保机构和通过立法等来协助控制人们对健康环境的危害。其中较大的成就是70年代初从汽车汽油中将铅去掉。而使空气中的铅污化减少了约94%。以及70年代末的从油漆中将铅除去。

    电子工业界一直以来也受到环境保护的影响。例如前些时候关注的氯氟碳化合物CFC，卤素，挥发性有机化合物VOC等的废除和控制工作。如今更是在消除含铅的课题上做了不少的工作。无铅技术的发展，不论在经济、材料技术、工艺技术、生产设备、质量管理、设计、市场、采购，甚至在立法上都造成一定的影响。可以说是电子制造业中，自SMT技术出现以来影响更大的改变。

    环保和无铅技术的发展动力

    新技术的推动总会带来技术风险，初期的成本压力，以及必须面对改变的心理压力等等问题。当电子制造业界似乎有点茫然、冲动的对焊接的无铅化进行研究的同时。却有另外的一些人对这方面的无铅需求提出怀疑。而提出怀疑的原因是，电子组装业中，铅的使用主要来自焊接中的焊料和器件、PCB焊端材料。而这方面的铅用量，也不过占总铅使用量的1%左右（铅的更大用量在电池方面，约占8成）。而用来在焊料中替代铅的其他金属，例如银、镍、镉、锑等也都含有危害健康的毒素。根据美国环保局的测试结果，银和锑在所有测试中无一达到环保要求。因此曾有份报告说，“在电子组装业中推动无铅技术，相当于使人类多花些钱来换取一些铅毒以外的中毒选择”。一些以美国为主的机构认为，人类对于使用在电子产品中的铅通过环境给人体健康造成的危害的课题，所做的研究十分缺乏，完全只是出于一种感觉上的忧虑。因为铅虽然对人体有害，但未必容易通过环境污染的途径造成。事实上，美国近年来的一些环保研究工作，其结果发现电子产品中铅造成的环境污染程度是十分小的，合乎美国环保局的标准（约只达极限的10%程度以下）。另一方面，从无铅技术从目前的情况看来，它将会给人们带来较高的成本。这些成本来自材料（铅是十分经济的金属）、设备、学习、研发、质量管理等等。加上由于无铅技术难度较高，不免造成质量浪费较大，在这回收（再循环）技术尚未成熟的时候也同时加快了人类对地球资源的消耗（这也包括一些较稀有金属如铟等的使用）。所以一些人对于是否值得在此刻对电子焊接进行无铅化提出质疑。美国企业界一般处于这种心态。

    市场考虑也是无铅发展的动力之一。虽然更初的研究开发也许主要为了环保，但当研发到某些程度后，市场就逐渐形成了竞争差异。而市场或经济竞争就也成为推动无铅的重要动力之一。曾有权威经济报认为，日本的电子业，将借助无铅技术的推动而改变其竞争压力的不良趋势。这是由于日本在无铅技术的研发上，系统性强和做得比其他国家来的出色。也就是说在技术整合，在技术和采购整合上都处于较有利的地位。而事实上，日本的一些企业，例如松下和东芝等，都已经在其某些产品上，借助无铅技术而赢得良好的西方市场。而事实上，我们从日本国内上下的活动中也可以看出，日本企业界一般属于注重市场动力的一群。

    一般相信，目前来讨论是否应该推行无铅技术已经是为时已晚。政府和业界的投入，以及商业活动已经使无铅势在必行。我们可以用一句话来代表面前的情况。就是“要嘛把铅去掉，要嘛交易免谈”。

    主要经济体的态度和行动

    技术的逐步成熟，市场的诱惑，市场竞争压力，供应的转变，国家的立法以及保护主义将使得无铅技术的广泛采用成为必然的结果。所以即使不太认同电子组装业需要进行无铅化的国家或企业，也都不敢完全放弃有关方面的研究和跟进。虽然大家都为推行无铅化而前进，但代表全球工业的欧、美、日三大经济体的做法不尽相同。

    欧洲共同体在国家和工业界的紧密配合方面，以及在立法和教育上做得较好。例如在回收（再循环）法规和管理工具上，经济奖励等方面投入比美、日都多。在研发方面的投入，欧盟十分注重系统性的运作研发，尤其是在针对环保设计方面的工作。欧盟中不论是在企业或国家对相关的教育培训的资助都较美、日来得强。

    日本方面，除了在回收（再循环）技术和立法方面做了较多工作外，国家政府对工业界的协助则不如欧盟国家。工业界本身则十分关注对ISO14000之类的遵从和能量方面的节省。日本企业界有一个特点，就是十分注重环保工作和企业营业策略配合，许多大企业都将环保列为一个竞争手段。而在研发工作上，日本较关注也是在应用科学方面，基础研究不如欧美地区。

    美国在无铅方面，早期一直抱着观望的态度。这和先前提到的不认同电子组装业应该采用无铅化方向的心态有关。所以在许多方面的发展投入以及推动力远不如欧、日地区。这状况一直到了1999年，当美国意识到无铅课题所带来的商务或经济影响更超越环保意义时，才在几个全国性的重大会议后大量的投入相关的研发。美国的研发焦点在材料和材料应用上。

    至于其他地区和国家，由于本身的技术、经济能力有限，以及对全球市场供应和作为用户的影响力相对不足。在无铅课题上只能看着以上三大经济体的方向而选择何时跟进。而这所谓的“选择”往往也较被动。

    推行无铅的压力

    由于无铅的推动并不一定给所有企业带来好处。所以许多企业在这课题上并不主动。而更终是由于压力下才转使用无铅技术的。压力可能来自三方面，一是需求市场，二是竞争市场，三是供应市场。

    需求市场压力即是客户的要求。例如目前已经开始有些来自日本和欧洲的客户要求必须使用无铅技术或产品了。除非您不做他们的生意，否则没有选择。

    竞争市场则是同业中竞争对手们已经采用或有能力采用无铅技术，同时以无铅技术作为竞争手段。这时虽然有些客户未必要立刻要求无铅技术，但既然供应商能够提供，而如果成本负担又不增加或在合理范围内时，也许会有些吸引力。这就给那些无法提供无铅的供应商造成了竞争压力，使他们不得不也推行无铅技术。

    供应市场的压力会也是个重要的因素。也许目前已经有好些用户已经见到这方面的问题了。就是某些器件或材料已经转供应无铅的，含铅的已经停止供货了。而这种情况会随着无铅的逐渐普及化而更严重，更终将会使那些即是不想转换的用户也必须进入无铅。受到这因素影响更重的是那些需要确保高产品寿命质量的工业，例如军品、医疗设备、航天、航空等等。这些行业占电子业产量只约1%，在无铅对产品寿命的影响程度还未很好的确定的情况下，如果这样小的市场无法争取到供应界的支持，对这些行业的生产将是个问题。

    不论动机是真正的为了环保，或是商业行为，以上的压力所提供的信息很清楚----不论您是否愿意，更终大家都要采用无铅！

    无铅技术带来的改变

    既然无可避免的必须转向无铅技术，那么无铅带来的改变和影响应该是大家首先更该关心的。在电子组装业的发展过程中，上一个影响面较大的改变是SMT的出现。那是个“革命性”的改变。如今的无铅技术带来的并不全是革命性的转变，这点是用户所应该搞清楚的。在一定程度上，它还是属于一个“发展”（Evolution）技术。也就是说无铅技术是从现有的含铅SMT技术上发展而来的。自有SMT技术时代开始，快速扩张的用户市场，使工业界已经认识到“革命”式改变的害处。所以在研究开发新技术时总千方百计的使其保留有高程度的旧方法（或至少能使用旧经验）。因此无铅技术中仍有大部分工作或技术是属于“发展”（Evolution）而非“革命”（Revolution）。表一从不同方面来看无铅技术，并说明其属于革命性或发展性特性。

       表一：无铅技术的发展特性

    具备较多的“发展性”当然是件好事，表示我们可以更好的利用以往的经验。然而对于无铅技术来说，这却也非简单。在SMT的发展过程中，我们已经有经历过几次影响较大的“发展”经验，例如免清洗技术、栅阵排列焊端技术（BGA）、Flip-Chip等等。有些用户可能对于这些技术带来的挑战还记忆犹新。但无铅技术的到来，和以前的几个技术相比之下，其难度和挑战绝对是有过之而无不及。

    认识表一中的特性，对于新的无铅用户是重要的。因为技术的引进需要经历一个准备期和过渡期，而什么应该加强，什么可以放弃等等的管理决策和准备功夫，都必须建立在对该技术的发展或革新的特性认识上。

    材料上的影响和改变

    无铅技术在应用上的更大改变是材料在其特性上和种类多样化上的变化。尤其在焊料合金方面研发成果十分多。虽然目前还没有一种合金焊料能够和含铅焊料一样‘好’，但可以替代（可以满足应用）的有许多。据笔者了解已经有超过50种不同的合金申请了。这么多的选择，估计更终还只是少部分会被SMT界较广泛的接收。从目前的情况看来，业界比较认同的有Sn/Ag，Sn/Cu，Sn/Ag/Cu，Sn/Ag/Cu/X（X表示其他金属如铋、铟等），Sn/Ag/Bi，Sn/Ag/Bi/X（X表示其他金属）。我们在将来的文章中会较具体的讨论这些材料的不同和强弱点。

    焊料中除了合金是个考虑和选择重点外，焊剂Flux也不应该被忽视。不同的合金有不同的密度重量，有不同熔化表面张力，不同的熔点温度，和不同的氧化特性。这也就告诉我们焊剂Flux的配方会出现不同于含铅的情况（注一）。由于焊剂配方一直是个锡膏供应商竞争的商业机密，用户不容易知道其实际的特性。但可以预见的，是这方面的改变会对焊接工艺起较大的影响，锡膏印刷工艺次之。对于贴片工艺，估计影响十分轻微。只在某些特定应用上才可能会出现需要特别照顾的。

    材料除了焊料外，主要的还有器件以及PCB。在器件方面，有两个需要给于关注和考虑的。一是器件焊端的材料种类和成分，另一是器件本体的耐热问题。焊端材料方面，即使在含铅技术中，并不是所有的焊端都采用含铅的金属，例如常用的Ag/Pd，Ni/Au，以及Sn，Ni/Pd，Ni/Au/Cu等等都不含铅的成分。而这些材料都确认能够和某些无铅焊料兼容使用。所以在器件焊端材料上，我们所面对的问题不是太棘手。不过更少还是有三方面的问题困扰着我们。首先是模块器件（例如过滤器、震荡器、保护电路等）的一级组装问题。由于这些器件可能在二级组装时会再度经过焊接所需要的高温处理，所以一般必须使用较二级组装焊接所需焊接温度更高的熔点的合金焊料。而目前这方面的研发远远不及二级组装技术的研发投入的多。而且由于温度更高，对所有材料的耐热性要求又更高了。这也进一步增加难度。虽然目前有解决方案，但高温无铅焊料种类少、成本很高。

    器件的第二个问题，是在过渡期间无铅和有铅混合的问题。由于无铅和含铅材料并不完全兼容，所以这混合会带给我们某些问题。例如温度承受能力不足，焊点不良，以及“铅污染”等。

    第三个问题，是无铅技术在焊料合金上出现了许多种选择，而这些器件的焊端材料，各种焊料和哪些器件焊端材料能够兼容，兼容程度有如何，其中组合众多，目前的测试资料还是有限。这增加了用户的选择风险和困难。

    器件整体的耐热也将是个考虑重点。由于无铅焊料的熔点一般高出含铅许多（较可能通用的会有30~40oC的提高），意味着在焊接时温度提高许多。含铅技术中使用的器件，未必能承受得起这提高的温度（事实上含铅技术下的器件并没有确保能够承受无铅的温度，也因此许多材料并不能承受这高温）。所以除了焊端材料必须是无铅，以及和所使用的无铅焊料需要兼容外，器件本体封装等材料也必须承受得起所需要的焊接热能（即温度和时间）。

    PCB方面的影响也有二。一是焊盘的防氧化保护层。在含铅技术中常用的锡铅热风整平技术，由于含铅而一定要被除去。但一些也被使用的材料和技术，如电镀镍金、化镍浸金、浸镀银、浸镀锡等都有许多试验结果支持其在无铅技术中的应用。只有OSP（有机保焊层）技术，由于种类和工艺较多，而有些承受不了无铅的高温作业（尤其是双面回流工艺），用户必须较小心的认证选择。业界发表的有些试验报告，也说明了某些OSP使用在无铅高温下不是问题，甚至可以承受4次以上的无铅回流高温（IPC/JEDEC的J-STD-020C标准）。

    PCB的第二个考虑，是基板材料对无铅高温的承受能力。在更高的焊接温度和可能更长的焊接时间情况下，传统常用的FR4可能会出现不能接受的变形或开始变色（外观问题）。所以有些产品，基于外观质量要求，设计难度等理由，也许必须转而使用Tg较高的FR4或FR5基材。