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1.“微焊接”技术迅速发展
随着高密度面阵列封装器件（uBGA、CSP、FCOB 等）和微型器件（0201、01005和EMI 等）在工业中的大量应用，“微焊接”技术在高密度组装中越来越发挥更大的作用。其特点如下。
（1）焊点大小越来越微细化
●小间距CSP、0201、光电子等在PCBA上的应用已成为热门技术。如何处理在CSP和0201组装中常见的网板超小开孔（≤0.25 mm）问题，就是钎料膏印刷工艺前未有过的基本物理问题。
●芯片级封装具有封装密度高的特点，间距为0.4 mm的CSP的钎料球直径≤0.20 mm。
●CSP可以有4种基本特征形式，即刚性级、柔性级、引线框架级和晶片级规模。CSP组装工艺的一个问题就是焊接互联的键合盘很小，通常 0.5mm 间距的CSP的键合尺寸为0.25～0.275mm。如此小的尺寸通过面积比为0.66甚至更低的开口印刷钎料膏是很困难的。模板开口太小则钎料膏易被堵塞导致钎料不足，而CSP的故障一般与钎料疲劳开裂有关。
●0201一推出就与CSP一起被组装到电话中，PCB的尺寸由此至少减少一半，间距孔可小至 0.15mm。要想减少工艺后缺陷（如桥接和立碑）的出现，焊盘尺寸优化和器件间的间距是关键。
（2）光电子器件的应用
板级光电子组装正广泛应用于高速数据传送的电信和网络领域，其工艺非常精细，典型封装昂贵而易损坏，必须小心处理，以免引线在成型操作过程中损坏或引线和器件体连接口处的模块封装断裂。
2.“微焊接”技术的工艺特征
顾名思义，“微焊接”就意味着接合部（焊点）的微细化，小间距的焊点数急剧增加，结合的可靠性要求更高。归纳起来，“微焊接”技术正面临着下述几个基本课题。
① 由于人手不可能直接接近，所以“微焊接”工艺基本上属于一种“无检查工艺”。为了实现无检查工艺的目的，必须建立确保焊点接触可靠性的保证系统（对制造系统的要求）。
② 由于焊点的微细化，必须确保焊接接合部自身的接触可靠性。为此要求有最完全的接合，焊点内的任何空洞、异物等都会成为影响连续可靠性的因素（对接合部构造的要求）。
③为避免PCB 过度弯曲，在再流焊炉里适当支撑PCB 是很重要的。再流焊接过程中由热引起的BGA封装或基板的翘曲会导致钎料空缺，并把大量残留应力作用在钎料连接上，造成早期故障。采用莫尔条纹投影影像系统很容易描述这类翘曲。
④ 焊盘设计包括形状、大小和掩膜界定，对于可制造性和可测试性及满足成本方面的要求都至关重要。
⑤ 板级可靠性主要取决于封装类型，而 CSP 平均能经受-40～125℃的热循环周期800～1200次，无须进行底部填充。
3.“微焊接”组装工程要求
面对目前大量出现的微小型化的新型封装所带来的焊点微细化，传统焊点的质量检测方法已经失去了其作用和价值。然而微焊点的质量模型还待进一步探索，焊点可靠性设计的评价方式还在初步尝试，目前通常采用计算机模拟技术来进行，若仅从焊点结构来看并不复杂，但生产现场不同工序组合因素可能是产生质量问题的原因，因为现场管理本身就是一种主要因素。
为了实现上述要求，必须引入“微焊接工艺设计”的思维方法。所谓“微焊接工艺设计”，就是用计算机模拟焊接接合部的可靠性设计，从而获得实际生产线的可靠性管理措施和控制项目；对生产线可能发生的不良现象进行预测，进而找出预防不良现象发生的措施，这就是进行“工艺设计”的目的。
“工艺设计”的作用是可以在设计阶段对现场可能发生的各种不良进行预测，也就是在设计阶段就采取必要的防止措施。“工艺设计”的好坏直接关系到生产效率的提高和产品质量的合格率。可以认为，“工艺设计”的目的是将各种不良因素消灭在生产开始之前。
通过“工艺设计”预先构筑了实际的生产线和生产管理系统模型，这样就可以获得高的生产效率和焊接质量，对焊接接合部的质量管理也就变得容易和可能了。
4.“微焊接”工艺设计顺序
“微焊接”技术中的生产现场管理的项目很多，真正进入微焊接时需管理的工艺因素可能还会复杂一些，这是因为在建立生产质量能够得到保障的表面组装生产线时，不仅要对现场发生的所有不良加以预测，而且要配备相应的现场纠正措施和对策，这也说明了表面组装生产线与其他生产线的不同含义与重要性。
“微焊接工艺设计”分为焊点可靠性设计、PCB焊盘设计和印刷模板开口部设计3大类，其中焊点可靠性设计又包括确定焊料种类和材料特性、确定外部负荷、确定焊点形状、设定可靠性管理项目4个步骤。
各种不同的表面组装元器件焊接后形成不同形状的焊点，当利用计算机针对不同形状的焊点进行可靠性设计时，首先应考虑现场的变动因素，如可将钎料膏印刷偏差、元件贴装位置偏差、焊点弯月面形状变化等变量提供给计算机，再根据各种变量可能造成的可靠性影响确定必需的管理范围，设定可靠性管理项目，并利用计算机模拟技术预先进行各种内容的研究。
1.无铅化电子装联的必然性
传统SnPb钎料（特别是Sn37Pb）因其低廉的成本、良好的导电性、优异的钎焊性能和力学可靠性能，一直以来广泛应用于电子整机装联、微电子元器件封装、印制电路板级封装、表面组装及电子元器件的钎焊工艺中[1]。但是铅及含铅化合物是危害人类健康和污染环境的有毒有害物质，美国环境保护署（EPA）将铅列入前 17 种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一。SnPb 钎料在生产及使用过程中会直接危害人体，它与人体的血红蛋白质强烈结合会抑制人体正常的生理功能，造成神经系统和新陈代谢紊乱，致使神经系统和生理反应迟钝，并减少血色素，进而造成贫血及高血压。此外，电子元器件废弃物中的铅会被氧化成氧化铅，而氧化铅和盐酸及酸雨中的酸反应会形成铅的化合物，污染环境，最终危害人类的健康。同时，由于电子封装与组装的迅速发展和技术的不断进步，对钎焊性能的要求不断提高。随着现代高集成度、高性能电子电路设计的发展，焊点越来越小，所需承载的力学、电学和热学负荷越来越重，对其可靠性要求也日益提高。因此，传统SnPb钎料已不能满足电子工业对其可靠性的要求。
在无铅化电子组装的发展历程中，最有影响力的即为2003年2月13日，欧盟官报OJ L037正式公布：历经5年讨论的WEEE（Waste from Electrical and Electronic Equipment）和RoHS指令正式开始生效。其核心内容之一就是自2006年7月1日起，在欧洲市场上销售的电力电子产品必须为无铅产品；同时，各成员国必须在2004年8月13日之前完成相应的立法工作。这给各国进出口贸易造成了一定的技术壁垒，我国政府积极采取相关措施，原信息产业部《电子信息产品生产污染防治管理办法》草案规定：电子信息产品制造者应当保证，自2003年7月1日起实行有毒有害物质的减量化生产措施；自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯（PBB）或者聚合溴化联苯乙醚（PBDE）等。此外，随着社会的发展，人们对生存环境和其可持续发展越来越重视，环保意识也逐渐增强。工业废弃品中的铅通过渗入地下水会进入动物或人类的食物链，对人体造成很大的危害性，这就要求限制铅的使用。环保产品越来越受到人们的欢迎，许多国际知名公司主动生产打着绿色环保标志的无铅产品，从而获得了巨大利润。例如，世界上第一个批量生产的无铅化电子产品——松下MD Player推出市场后，使松下公司在此类产品中的市场占有率从5%提高到了15%。无铅化电子组装已经是国际信息产业工业发展的必然趋势。
2.无铅化焊接的工艺特点
为了找到一种SnPb钎料的替代产品，从20世纪90年代起，无铅钎料的研发已成为世界的关注热点，国际上相继组织了多次大型研发活动。无铅化电子组装中应用的无铅钎料开发，其技术的关键在于找到一种或几种合金元素，使其与Sn形成的合金具有近似的熔点，从而不必改变现有工艺条件而实现即时替代，同时其润湿性能应与Sn.Pb合金相当。国外对无铅钎料的研究大多数集中在其熔点与常用共晶Sn.Pb钎料相近的含锡二元、三元以至多元合金上，它们多以含锡二元共晶为基础，添加适量的其他元素Ag、Zn、Cu、Sb、Bi、In达到细化焊点组织、调节钎料温度区间、改善可焊性、提高焊点性能的目的。经过大量研究，最终得到的无铅钎料主要集中在SnAg、SnCu、SnIn、SnSb、SnBi和SnZn等几大体系上。从可焊性、抗氧化性、成本、毒性、废弃物回收及资源供应方面考虑，这几种无铅钎料中最适合作为SnPb钎料替代产品的为SnAg、SnCu、SnAgCu三大合金系列，其中波峰焊接中应用最广的为SnCu、SnAgCu两大系列，再流焊接中应用最广的为SnAg、SnAgCu两大系列。
无铅化焊接给传统装联工艺带来了很大挑战。首先，目前广泛应用的几种无铅钎料的熔点比传统SnPb钎料的熔点高出30～40℃左右，为保证钎料熔化后具有良好的润湿性，一般要求焊接峰值温度高出钎料熔点20～40℃，这就导致无铅化后的焊接峰值温度高达250℃左右（见表1.2），再流焊接工艺温度曲线随之发生变化，预热温度和再流峰值温度相应升高（见图1.4）。
表1.2 SnPb钎料与无铅钎料的工艺特点
图1.4 SnPb钎料与无铅钎料的典型再流焊接温度曲线
其次，无铅钎料的润湿性要弱于传统的SnPb钎料（见图1.5），加上高温对焊盘和高含锡量无铅钎料的氧化作用，很容易导致焊点润湿不良，产生许多焊后缺陷，影响焊点质量和可靠性。
传统SnPb钎料的温度工艺窗口一般为210～230℃，而SnCu、SnAg、SnAgCu无铅钎料的温度工艺窗口一般为240～260℃，无铅化后所需高温通过提高波峰焊接或再流焊接设备的加热温度很容易得到解决。对于无铅钎料的润湿性差、易氧化问题，国内外研究学者正努力通过改变助焊剂的化学性能来进以改善。根据氧化膜学说，无铅钎料的主要合金元素能够形成比Pb的氧化物更加稳定的氧化物（见表1.3），因此通过助焊剂去除焊材表面的氧化膜比较困难。
图1.5 SnPb钎料与无铅钎料的润湿角评定
表1.3 钎料氧化物的标准自由能
目前，国内外电子整机业都倾向于采用在氮气气氛中钎焊来防止氧化，改善液态合金的表面张力，提高钎料的润湿性，优化生产工艺。另外，由于电子工业中用于树脂类软助焊剂清洗的清洗剂通常为CFC113（三氟三氯乙烷），这种清洗剂对大气臭氧层有破坏作用，因而在1987年，包括美国和欧共体成员国在内的24个国家签署了控制使用CFC化合物的蒙特利尔协议来限制 CFC 类物质的使用，进而使得免清洗助焊剂逐渐成为主流。免清洗助焊剂大约含 2.1～2.8%的固体含量，活性比较低，在组装工艺中通过惰性化来配合使用，常采用氮气保护。无铅化焊接技术及免清洗装联工艺将成为今后的发展趋势。