一文搞懂PCB铅焊料与无铅焊料的工艺适配差异

PCB 焊接工艺的核心是通过焊料的熔化与凝固，实现元器件与基板的可靠连接。铅焊料与无铅焊料因成分、熔点等特性差异，在焊接工艺的温度曲线、助焊剂选择、设备要求及缺陷控制等方面存在显著适配差异。掌握这些差异，是确保焊接质量、提升生产良率的关键。

一、焊接温度曲线的适配差异

焊接温度曲线是决定焊接质量的核心参数，铅焊料与无铅焊料因熔点不同，温度曲线的各阶段参数差异明显。

（一）铅焊料的温度曲线（以 Sn63Pb37 为例）

Sn63Pb37 的共晶熔点为 183℃，典型温度曲线分为四个阶段：

铅焊料的温度曲线窗口较宽，对设备精度要求较低，即使温度波动 ±10℃，仍能保证焊接质量，因此在传统波峰焊与回流焊设备中应用广泛。

（二）无铅焊料的温度曲线（以 SAC305 为例）

SAC305 的共晶熔点为 217℃，温度曲线需适应更高的焊接温度，且参数控制更严格：

无铅焊料的温度曲线窗口窄，对设备的温控精度要求极高（±5℃），需采用具备多温区控制的回流焊设备，部分高端设备甚至配备实时温度监测系统，确保每个焊点的温度符合曲线要求。

二、助焊剂的适配差异

助焊剂的核心作用是去除焊盘与元器件引脚的氧化层，改善焊料的润湿性能，铅焊料与无铅焊料因表面张力、氧化特性不同，对助焊剂的成分要求差异显著。

（一）铅焊料的助焊剂选择

铅焊料（Sn63Pb37）的表面张力较低（约 450mN/m），氧化速率慢，助焊剂的活性要求较低，传统松香基助焊剂即可满足需求：

例如，传统计算机主板的波峰焊工艺中，采用 RMA 级松香助焊剂，配合 Sn63Pb37 焊料，焊接缺陷率可控制在 0.5% 以下。

（二）无铅焊料的助焊剂选择

无铅焊料（如 SAC305）的表面张力较高（约 500mN/m），且 Sn、Ag 等元素的氧化速率快（Sn 在 200℃以上易生成 SnO?），需采用高活性助焊剂：

无铅焊料的助焊剂成本较高，约为铅焊料助焊剂的 1.5-2 倍，且对存储条件要求严格（需密封、避光存储，保质期通常为 6 个月），否则易失效。

三、焊接设备的适配差异

铅焊料与无铅焊料的工艺需求差异，导致对焊接设备的加热方式、温控精度、材质耐温性等要求不同，设备升级是无铅化转型的重要成本投入。

（一）铅焊料适配的设备特点

铅焊料的焊接温度低（210-230℃），对设备要求较低，传统设备即可满足需求：

这类设备的采购成本低，波峰焊设备约 10-20 万元 / 台，回流焊设备约 5-15 万元 / 台，且维护简单，适合中小批量生产。

（二）无铅焊料适配的设备升级需求

无铅焊料的焊接温度高（240-260℃），且 Sn、Ag 等元素易与设备材质反应，需对设备进行多方面升级：

升级后的波峰焊设备成本约 30-50 万元 / 台，是传统设备的 2-3 倍。

升级后的回流焊设备成本约 20-40 万元 / 台，是传统设备的 3-4 倍。

单把无铅专用电烙铁成本约 500-1000 元，是传统电烙铁的 5-10 倍。

四、焊接缺陷的控制差异

铅焊料与无铅焊料的焊接缺陷类型与成因不同，需针对性采取控制措施，以提升生产良率。

（一）铅焊料的常见缺陷与控制

铅焊料的焊接缺陷较少，主要包括虚焊、桥连与焊料不足：

铅焊料的缺陷率通常低于 1%，通过常规检测（如目视 inspection）即可有效控制。

（二）无铅焊料的常见缺陷与控制

无铅焊料的焊接缺陷更多，主要包括空洞、焊点脆化、焊盘剥离与润湿性差：

无铅焊料的缺陷率通常为 2%-5%，需采用 X-Ray、AOI 等自动化检测设备，才能及时发现并修复缺陷。