高鉛焊料使用現(xiàn)狀與替代方案

為了保護人類的健康和安全，改善電子設備的環(huán)境性能，歐盟在2006年通過了限制有害物質（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。但是，高鉛焊料（即鉛占比超過85%的鉛基合金）不在該指令的管制范圍內，可以在任何場合使用。

高鉛焊料的熔點高達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(yī)療器械等特殊領域。這些領域對焊料的可靠性和穩(wěn)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，同時保證元件的性能和壽命。高鉛焊料由于其高熔點、低氧化率、良好的潤濕性以及優(yōu)異的可靠性和穩(wěn)定性，能夠滿足這些領域的需求。

由于高鉛焊料的特殊性能和應用，目前還沒有完全可靠的替代方案。隨著科技的進步和環(huán)保的要求，RoHS指令在2011年進行了修訂（RoHS），規(guī)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(jù)RoHS，高鉛焊料的豁免將在2024年7月21日到期。這意味著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280°C，在形成焊點時具有許多優(yōu)點，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，熔點在262℃，符合RoHS環(huán)保標準。但Bi基合金的焊點較脆，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，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，因此不會改變材料的相態(tài)，而是通過固態(tài)擴散實現(xiàn)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的主要應用，但燒結銀的成本較高，且燒結過程中可能產生氣孔，影響其致密性和力學性能；燒結后的銀層可能出現(xiàn)裂紋，降低其可靠性。而燒結銅的難點在于防止銅粉的氧化，因此還在開發(fā)階段。

燒結過程：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，沒有一種可以完全替代高鉛焊料的所有應用。因此，廠商需要根據(jù)自己的具體需求，選擇合適的替代方案，或者繼續(xù)尋找更好的替代方案。隨著環(huán)保法規(guī)的不斷完善和執(zhí)行，高鉛焊料的使用將面臨更多的挑戰(zhàn)和限制。