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高鉛焊料的使用現狀與替代方案

發(fā)布人:深圳福英達 時(shí)間:2024-06-17 來(lái)源:工程師 發(fā)布文章

為了保護人類(lèi)的健康和安全,改善電子設備的環(huán)境性能,歐盟在2006年通過(guò)了限制有害物質(zhì)(RoHS)指令,禁止在電子設備中使用包括鉛在內的某些有害物質(zhì)。但是,高鉛焊料(即鉛占比超過(guò)85%的鉛基合金)不在該指令的管制范圍內,可以在任何場(chǎng)合使用。


高鉛焊料的熔點(diǎn)高達300°C以上,常用合金為Sn5Pb92.5Ag2.5和Sn5Pb95,其廣泛應用在高溫元件連接、軍工制造、醫療器械等特殊領(lǐng)域。這些領(lǐng)域對焊料的可靠性和穩定性要求很高,需要焊料能夠承受高溫、高壓或高頻率的工作環(huán)境,同時(shí)保證元件的性能和壽命。高鉛焊料由于其高熔點(diǎn)、低氧化率、良好的潤濕性以及優(yōu)異的可靠性和穩定性,能夠滿(mǎn)足這些領(lǐng)域的需求。

由于高鉛焊料的特殊性能和應用,目前還沒(méi)有完全可靠的替代方案。隨著(zhù)科技的進(jìn)步和環(huán)保的要求,RoHS指令在2011年進(jìn)行了修訂(RoHS),規定了高鉛焊料的豁免的截止日期,以及申請延期的條件。根據RoHS,高鉛焊料的豁免將在2024年7月21日到期,除非能夠證明沒(méi)有可接受的替代方案。這意味著(zhù)高鉛焊料的使用者必須在這之前尋找合適的替代方案,或者向歐盟提交延期申請,否則將面臨歐盟的法律制裁和市場(chǎng)競爭壓力。

目前,高鉛焊料的替代方案主要有以下幾種:

1. 金錫合金焊料

Au80Sn20共晶合金,熔點(diǎn)280°C,在形成焊點(diǎn)時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn),如高抗拉強度、耐腐蝕、熱蠕變性能優(yōu)異,良好的導熱和導電性能,但其高昂成本使得只能用于部分高端光電元器件和軍工用品。

2.鉍基合金

鉍基合金是高溫無(wú)鉛焊料的另一種解決方案,基于鉍合金元素,添加增強微納米顆粒,如添加了2.5%wt的Ag的BiAg共晶合金,熔點(diǎn)在262。C,符合RoHS環(huán)保標準。但Bi基合金的焊點(diǎn)較脆,韌性差,不適用于高可靠性要求的環(huán)境。

3.燒結

燒結是一種將金屬粉末顆粒加熱并粘結成致密固體的技術(shù),它可以提高材料的熱、電和機械性能。燒結的溫度低于材料的熔點(diǎn),因此不會(huì )改變材料的相態(tài),而是通過(guò)固態(tài)擴散實(shí)現顆粒間的結合。由于燒結后的材料比原始粉末更緊密,所以它們的性能也更優(yōu)良。燒結銀和燒結銅是目前燒結技術(shù)的主要應用,但燒結銀的成本較高,且燒結過(guò)程中可能產(chǎn)生氣孔,影響其致密性和力學(xué)性能;燒結后的銀層可能出現裂紋,降低其可靠性;而燒結銅的難點(diǎn)在于防止銅粉的氧化,因此還在開(kāi)發(fā)中。


Ag(Cu)粉末 ——擴散致密化——燒結Ag(Cu)材料


以上替代方案都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),沒(méi)有一種可以完全替代高鉛焊料的所有應用。因此,廠(chǎng)商需要根據自己的具體需求,選擇合適的替代方案,或者繼續尋找更好的替代方案。隨著(zhù)環(huán)保法規的不斷完善和執行,高鉛焊料的使用將面臨更多的挑戰和限制。


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