在施行无铅工艺之后，咱们有必要常常跟进、督查和剖析数据，以坚持工艺在操控之中。
无铅焊接现已引进了，因而很多的问题也提出来了。尽管如此，许多问题仍是有必要答复的，包含无铅的界说、它的施行本钱、和乃至是否一切技能问题现已处理。可是，实验继续在新的无铅合金的可靠性上供给好的数字。
本文评论本钱与能量效应，并展现工艺有必要不断地查验，由于技能与工艺常识在将来会改善的。一个规范改善形式，比方德明循环(Deming cycle)，可用来维护无铅焊接工艺的操控，作出调整和改善，并在或许的时分完本钱钱的节省。
资料本钱
焊锡
作为一个比方，某种焊接机的锡锅含有大约760公斤的锡铅(SnPb)合金。用SnPb来填满锡锅将花大约$3,960美元。SnPb的密度为8.4 g/mm3。用锡铜(SnCu)合金填满相同的锡锅需求661公斤，其密度为7.31g/mm3 :
质量 = (7.31 ÷ 8.4) x 760 = 661.
成果是焊锡本钱添加28%或$5,063美元。其它无铅代替方案，如锡银(SnAg, 135%)和锡银铜(SnAgCu, 145%)对焊锡本钱的影响乃至更大。
考虑到焊接点和将SnPb与无铅进行比较，咱们能够作下列核算。假如形状相同，那么无铅合金的质量将较少，由于其密度较大。关于一个SnCu焊接的通孔引脚连接器，焊锡质量为：(ρSnCux ρSnPb) x massSnPb
由于焊点看上去不同，湿润或许较差，焊点的视点不同，咱们有必要验证是否核算的质量不同大约等于焊接点的实践质量添加。
为了证明，咱们焊接一块有连接器的板(每块板一共192个引脚)，称出焊接前后的分量不同(表一)。分量的添加多少都是所焊接的焊锡。
助焊剂
象在一切焊接工艺中相同，助焊剂起首要的效果。可焊性和焊接缺点能够改善和削减，假如运用正确的助焊剂。假如咱们施行“绿色”焊接工艺，咱们运用无VOC的水基助焊剂，它比醇基助焊剂有一些优势。
几个实验现在现已证明无VOC的助焊剂与无铅焊锡比免洗助焊剂显现较好的成果。特别是关于板上的残留物和可焊性，它们是较好的。一个理由便是运用到板上的数量较少了。在助焊剂中的活性剂和化学物质在水中比在醇类中反响更有化学活性。尽管无VOC的助焊剂更贵，用这些助焊剂的总本钱大约是相同的或乃至更少，由于用于焊接的总数量将削减。
假如可焊性进步，返工的数量将削减。助焊剂数量削减也将构成维护削减。清洁机器的零部件将较简单，能够用热水而不是化学品和仪器来完结。
可是，锡球的数量跟着无VOC助焊剂的运用而添加。这个添加的部分原因是工艺中较高的温度，使得阻焊(solder resist)软化。与锡铅工艺比较，这些锡球的铲除要简单得多。
新的无VOC助焊剂现在正在开发。助焊剂供货商正测验将松香溶解与水基助焊剂，在锡球数量上的削减另人欣赏。这些研讨将继续下去，由于大大都助焊剂供货商还没有成功地找到正确的配方。
元件
关于许多元件，改动引脚的终究外表涂层将不是一个首要问题。假如发生对无铅外表涂层的将来很大的需求，那么元件供货商更或许在将来转化而不是现在。由于技能是现成的，这些元件的价格估计不会大幅地添加。
SnAg与SnAgCu锡球关于BGA似乎是SnPb的一个可接受的代替。关于周边封装的代替引脚外表涂层正在研讨之中，可靠性和锡须(TIn whisker)问题有必要处理。较高的工艺温度添加对元件湿润敏感性功能和封装完整性的要求。能够饱尝较高温度，如280°C 5秒钟，的塑料现在正在规划，将会把价格推高。因而，需求一种具有高精度(ΔT较小和杰出的传热)的回流焊接炉来运转无铅温度曲线，满意较廉价元件的规范。假如能将最高峰值温度约束在245°C，而且将一切的焊锡依照无铅锡膏的规范带到熔点以上，那么关于用户能够得到元件本钱的削减。
板的资料
除了制止铅之外，卤化阻燃剂(halogenated flame retardants)也将从板的资猜中消除。因而，运用无铅外表涂层的新的板材有必要用较高玻璃态转化温度(Tg)来饱尝较高的工艺温度。这些新的板材，以及无铅外表涂层，将影响价格。现在还不清楚这些价格将添加多少，由于大都电路板供货商还在优化板材的挑选与其制作工艺。
氮气
回流焊接炉。在回流焊接中，人们常常评论氮气的必要性。一些工艺要求氮气，由于它进步可湿润性，得到较好的焊接点的可靠性。在其它工艺中，氮气或许构成更多的元件竖立，因而制止或操控在必定水平。
即便在回流焊接工艺中慵懒气体或许有协助，但还有问题便是是否本钱合理。在一些国家，氮气不那么贵，如德国，本钱大约是$0.08/m3。在其它世界，比方瑞士，氮气价格大约为$0.81/m3。相对劳动力是十分合算的。
最好，一台炉应该能够在空气和氮气中运转。根据本钱的理由，应该防止慵懒气体。可是，关于比如较小与更杂乱的规划，应该要有转向氮气的才能。
关于氮气没有所谓一般性的说法。每一个工艺都有其自己特有的问题与应战。在以或许较高的工艺温度施行无铅焊接之后，有必要回忆一下氮气的体现与必要性。在一个较长的出产时期后，能够在评价有关空气或一种慵懒气体的决议。
波峰焊接。和锡铅焊锡相同，当焊锡在液体状态和高温时无铅焊锡氧化十分迅速。假如不在慵懒焊接机中，在外表的氧化皮去掉之后，在波峰上很快会构成新的氧化物。锡渣中含有由氧化皮开展的焊锡金属单元。关于无铅焊锡，波上的氧化物或许更简单肉眼看到。
氧化物更简单看到有几个原因。首要，在无铅焊锡中的锡含量比在锡铅中更高。到现在为止，在焊锡外表上最常见的氧化物是锡氧化物，氧化锡(SnO)和SnO2。其次，温度比在锡铅焊接中更高。较高的温度构成更多的氧化，构成更多的锡渣。
锡渣的数量能够削减。某些波峰焊接机装有一种轴向密封，消除在泵轴上构成的锡渣。其它锡渣是在波峰上构成。经过削减波的下落高度，锡渣的数量将会更少。下落高度是在波峰上溢出的焊锡到锡面的距离。
氮气的运用也将供给一些长处。氮气是本钱有用的，锡渣的数量能够削减。由于氧化物仅仅锡渣中的一小部分，锡渣应该紧缩，从氧化单元中部分地别离出焊锡金属。
能量耗费
回流焊接炉
回流焊接工艺要求许多能量将印刷电路板(PCB)加热，之后，更多的能量需求冷却板。无铅焊接要求不同的温度曲线，因而，不同的能量耗费。
在一个实验中，咱们将无铅工艺的能量耗费与传统的SnPb比较(表二)。运用一个数据记录仪，温度曲线逐渐显现在工艺期间装置的时刻温度特性。图一中显现SnAgCu的线性温度曲线。在加热曲线之下的区域有需求用来加热装置的能量有关部门。
在另一个实验中，咱们运用一台专门回流炉和一个典型的板装置来设定温度曲线。为了决议功率的耗费，咱们在机器上装置一个丈量设备。每个工艺的功率耗费记录在表三。
图二显现在一班制工艺期间的一台回流炉的功率耗费。SnPb曲线与线性的SnAgCu曲线比较。从线性的曲线，咱们了解到液化以上的长时刻构成金属间化合物添加的添加，在对可靠性不是所期望的，而且对功率耗费有大的影响。SnAg曲线具有高峰值温度设定，要求许多能量来坚持设定点。
波峰焊接
在波峰焊接工艺中，由于较高的熔点和工艺温度，有两个区域将会显现能量耗费的添加。第一个添加是在装置的预热。假如咱们将免洗助焊剂运用和无VOC的水基工艺比较，咱们将发现在能量耗费上的添加最高到达25%，由于较高的预热温度。
其次，由于焊接温度较高，锡锅需求更多的能量。假如咱们将一种280°C的极高焊接温度与250°C的正常的SnPb温度比较，咱们发现列于表四的数据。
图三显现在一班制出产工艺期间的一个专门锡锅的功率耗费。图四显现相似的锡锅在两班制出产工艺期间的功率耗费。
运作本钱
产出
一般，无铅波峰焊接工艺要求较长的触摸时刻，以到达焊锡的杰出湿润。假如必要，机器能够装置一个不同波形构成器。假如还没有到达恰当的湿润，那么传送带速度有必要削减。可是，削减传送带速度或许构成较低的产出。
修补 – 失功率
焊接点看上去不同，显现不同的形状。从咱们在无铅施行中所看到的，缺点数量没有添加。尽管如此，比如焊脚提起的新缺点确有发生。迄今，可靠性测验没有显现由于焊脚提起的较低的质量，因而这些焊点不需求修补。关于修补作业，烙铁嘴的氧化物添加也会发生。
维护
由于无铅焊接的维护添加应该不是所期望的。无VOC的水基助焊剂或许乃至削减维护时刻和距离，与免洗助焊剂比较。
关于回流焊接，一个好的助焊剂办理体系将削减维护本钱。新的锡膏将有不同的助焊剂，将在较高的温度下蒸腾其它残留物，可是不会构成维护距离或时刻的添加。
工艺改善
在施行之后，工艺有必要继续地操控、改善和从头规划，以节省本钱和具有竞争性。因而，工程师和一切那些担任无铅工艺的人都应该知道新的资料、工艺和机器更新将在不远的未来引进。
新的资料
尽管一些公司现已无铅焊接了两年多，可是对其合金的挑选应该作一些评述。
假如板的资猜中不呈现铜，例如铜焊盘上有机可焊性维护涂层(OSP)，那么停留在合金，特别是SnAg，的规范边界内是十分困难的。越来越多的公司挑选SnAgCu作为SnPb的代替资料，SnCu由于本钱的原因只用在波峰焊接。
锡锌(SnZn)与锡锌铋(SnZnBi)在可见的未来仍是回流焊接的局外人。假如锡膏供货商能够为这种锡膏规划一种超级助焊剂体系，成功消除含锌合金的氧化问题，那么这些合金由于其低熔点和本钱将勃发新的爱好。
板的布局
由于新的开展将会在无铅焊接工艺的不同区域呈现，所以要求继续运用一种规范改善形式，如德明循环(Deming cycle)(图五)。依照这个形式来施行(或决议不施行)新的开展。例如，一种新的助焊剂将引进到工艺中。跟从的过程是：
方案：方案一个实验来找出是否该助焊剂将改善质量、降低本钱或到达现已选定的另一个方针。
做：运转该实验
查看：剖析实验的输出和判别是否该助焊剂满意期望
举动：在工艺中施行该助焊剂，坚持调查质量。
定论
用德明循环，现已到达该施行方案的结束。尽管无铅焊接是一个热门话题，大部分制作商还正在搜集信息，或许仅仅刚开始其第一个测验。期望这儿的文章将协助你开发一个稳健的、可重复的无铅焊接工艺，发生继续的高合格率。
