为了保护人类的健康和安全,改善电子设备的环境性能,欧盟在2006年通过了限制有害物质(RoHS)指令,禁止在电子设备中使用包括铅在内的某些有害物质。但是,高铅焊料(即铅占比超过85%的铅基合金)不在该指令的管制范围内,可以在任何场合使用。
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=105cc0e212e736d158138c00ab504ffc/d92192fb828ba61e008146110734970a304e59b3.jpg?tbpicau=2024-09-20-05_6c3d13c06ca30128afc476ccc800e0f7)
高铅焊料的熔点高达300°C以上,常用合金为Sn5Pb92.5Ag2.5和Sn5Pb95,其广泛应用在高温元件连接、军工制造、医疗器械等特殊领域。这些领域对焊料的可靠性和稳定性要求很高,需要焊料能够承受高温、高压或高频率的工作环境,同时保证元件的性能和寿命。高铅焊料由于其高熔点、低氧化率、良好的润湿性以及优异的可靠性和稳定性,能够满足这些领域的需求。
由于高铅焊料的特殊性能和应用,目前还没有完全可靠的替代方案。随着科技的进步和环保的要求,RoHS指令在2011年进行了修订(RoHS),规定了高铅焊料的豁免的截止日期,以及申请延期的条件。根据RoHS,高铅焊料的豁免将在2024年7月21日到期,除非能够证明没有可接受的替代方案。这意味着高铅焊料的使用者必须在这之前寻找合适的替代方案,或者向欧盟提交延期申请,否则将面临欧盟的法律制裁和市场竞争压力。
目前,高铅焊料的替代方案主要有以下几种:
1. 金锡合金焊料
Au80Sn20共晶合金,熔点280°C,在形成焊点时具有许多优点,如高抗拉强度、耐腐蚀、热蠕变性能优异,良好的导热和导电性能,但其高昂成本使得只能用于部分高端光电元器件和军工用品。
2.铋基合金
铋基合金是高温无铅焊料的另一种解决方案,基于铋合金元素,添加增强微纳米颗粒,如添加了2.5%wt的Ag的BiAg共晶合金,熔点在262。C,符合RoHS环保标准。但Bi基合金的焊点较脆,韧性差,不适用于高可靠性要求的环境。
3.烧结
烧结是一种将金属粉末颗粒加热并粘结成致密固体的技术,它可以提高材料的热、电和机械性能。烧结的温度低于材料的熔点,因此不会改变材料的相态,而是通过固态扩散实现颗粒间的结合。由于烧结后的材料比原始粉末更紧密,所以它们的性能也更优良。烧结银和烧结铜是目前烧结技术的主要应用,但烧结银的成本较高,且烧结过程中可能产生气孔,影响其致密性和力学性能;烧结后的银层可能出现裂纹,降低其可靠性;而烧结铜的难点在于防止铜粉的氧化,因此还在开发中。
![](http://tiebapic.baidu.com/forum/w%3D580/sign=5a62b15bf519ebc4c0787691b226cf79/c1f82b12632762d0d4502a81e6ec08fa513dc6bc.jpg?tbpicau=2024-09-20-05_50732784b71fd15f70ca2af849e22a64)
Ag(Cu)粉末 ——扩散致密化——烧结Ag(Cu)材料
以上替代方案都有各自的优缺点,没有一种可以完全替代高铅焊料的所有应用。因此,厂商需要根据自己的具体需求,选择合适的替代方案,或者继续寻找更好的替代方案。随着环保法规的不断完善和执行,高铅焊料的使用将面临更多的挑战和限制。
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高铅焊料的熔点高达300°C以上,常用合金为Sn5Pb92.5Ag2.5和Sn5Pb95,其广泛应用在高温元件连接、军工制造、医疗器械等特殊领域。这些领域对焊料的可靠性和稳定性要求很高,需要焊料能够承受高温、高压或高频率的工作环境,同时保证元件的性能和寿命。高铅焊料由于其高熔点、低氧化率、良好的润湿性以及优异的可靠性和稳定性,能够满足这些领域的需求。
由于高铅焊料的特殊性能和应用,目前还没有完全可靠的替代方案。随着科技的进步和环保的要求,RoHS指令在2011年进行了修订(RoHS),规定了高铅焊料的豁免的截止日期,以及申请延期的条件。根据RoHS,高铅焊料的豁免将在2024年7月21日到期,除非能够证明没有可接受的替代方案。这意味着高铅焊料的使用者必须在这之前寻找合适的替代方案,或者向欧盟提交延期申请,否则将面临欧盟的法律制裁和市场竞争压力。
目前,高铅焊料的替代方案主要有以下几种:
1. 金锡合金焊料
Au80Sn20共晶合金,熔点280°C,在形成焊点时具有许多优点,如高抗拉强度、耐腐蚀、热蠕变性能优异,良好的导热和导电性能,但其高昂成本使得只能用于部分高端光电元器件和军工用品。
2.铋基合金
铋基合金是高温无铅焊料的另一种解决方案,基于铋合金元素,添加增强微纳米颗粒,如添加了2.5%wt的Ag的BiAg共晶合金,熔点在262。C,符合RoHS环保标准。但Bi基合金的焊点较脆,韧性差,不适用于高可靠性要求的环境。
3.烧结
烧结是一种将金属粉末颗粒加热并粘结成致密固体的技术,它可以提高材料的热、电和机械性能。烧结的温度低于材料的熔点,因此不会改变材料的相态,而是通过固态扩散实现颗粒间的结合。由于烧结后的材料比原始粉末更紧密,所以它们的性能也更优良。烧结银和烧结铜是目前烧结技术的主要应用,但烧结银的成本较高,且烧结过程中可能产生气孔,影响其致密性和力学性能;烧结后的银层可能出现裂纹,降低其可靠性;而烧结铜的难点在于防止铜粉的氧化,因此还在开发中。
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Ag(Cu)粉末 ——扩散致密化——烧结Ag(Cu)材料
以上替代方案都有各自的优缺点,没有一种可以完全替代高铅焊料的所有应用。因此,厂商需要根据自己的具体需求,选择合适的替代方案,或者继续寻找更好的替代方案。随着环保法规的不断完善和执行,高铅焊料的使用将面临更多的挑战和限制。