无铅焊料的发展

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:423

（中国电子科技集团公司第四十研究所，重庆南坪 400060）

摘要：本文就无铅焊料的发展进行论述。分析了几类正在实用化的无铅焊料特性。最后指出了无铅焊料的发展趋势。

关键词：焊料；无铅焊料；特性；趋势

中图分类号：tn305.94 文献标识码：a 文章编号：1681-1070（2005）05-08-04

1 引言

有害的废料定义为任何可能“在不适当处理、储存、运输或管理时，对人类健康和环境造成实际存在的或潜在的威胁”的东西，而铅是一种有毒的重金属，每年在电子行业中都会使用大量的含铅材料或成品，由此形成含铅盐的工业渣滓，不仅会对人体造成影响，而且对环境也造成重要的污染。

1.1 铅对人体的影响

铅对人的影响很大：人体通过呼吸、进食、皮肤吸收等都有可能吸收铅或其化合物。铅被人体器官摄取后，将抑制蛋白质的正常合成功能，危害人体中枢神经，造成精神混乱、呆滞、生殖功能障碍、贫血、高血压等慢性疾病。而铅对儿童的危害更大，会影响其智商和正常发育（美国职业安全与健康管理署（osha）标准，见图1：成人血液中铅含量应低于50mg/dl,儿童血液中铅含量应低于30mg/dl）。

1.2 铅对环境的污染

电子工业中大量使用的sn/pb合金焊料是造成污染的重要来源之一。在制造和使用sn/pb焊料的过程中，由于熔化温度较高，有大量的铅蒸发气逸出，将直接严重影响操作人员的身体健康。波峰焊设备在工作中产生的大量的富铅焊料废渣，对人类生态环境污染极大；而那些丢弃的各种电子产品、pcb上所含的铅也不容忽视。这些被作为垃圾处理的废电产品埋入地下后，其中所含的铅可能会从电产品渗出进入地下水。近年来有关地下水中铅的污染更引起人们的关注，除了废弃的蓄电池大量含铅外，以美国为例，每年随电子产品丢弃的pcb约一亿块，按每块含sn／pb焊料10g，其中铅含量为40％计算，每年随pcb丢弃的铅量即为400吨，当下雨时这些铅变成溶于水的盐类，逐渐溶解污染水，特别是在遇酸雨日寸，雨中所含的硝酸和盐酸更促使铅的溶解，流人我们的饮用水之中，从而污染水源，破坏环境。可溶解性使它在被人饮用后，逐渐在人体内累积，损害神经，导致呆滞、高血压、贫血、生殖功能障碍等疾病，浓度过大日寸，还可能致癌。

因此，为了保护人的身体健康和生态环境，在电子行业中使用无铅焊料势在必行。

2 无铅焊料的发展阶段

无铅焊料的发展是由于人们认识到生态环境的重要性以及人的身体健康而发展起来的，其大致可以分为以下几个阶段：

(1)无铅焊料的提出阶段 1991年和1993年，美国参议院提出“reid bill”，要求将电子焊料中铅含量控制在0．1％以下。由于当时所有的电子产品都离不开有铅焊料，有铅焊料发展得相当成熟，而在那时人们对生态环境的保护意识还不够，对铅对人体损伤的认识不足，因而没有受到重视。

(2)无铅焊料的发起阶段

从1991年起nemi、ncms、nist、drr、npl、pcif、itri、jiep等组织相继开展无铅焊料的专题研究，耗资超过2 000万美元，目前仍在继续。

(3)无铅焊料的运用阶段

在1998年10月，第一款批量生产的无铅电子产品panasonic minidisc mj30问世。20世纪90年代中叶，日本和欧盟作出了相应的立法：日本规定2001年在电子工业中淘汰铅焊料，在2004一年禁止生产或销售使用有铅焊料焊接的电子生产设备；而欧美在2006年禁止生产或销售使用有铅材料焊接的电子生产设备，但是由于无铅焊料还存在技术上的原因，有可能到2008年才能实现电子产品无铅化。

3 无铅焊料的要求及种类

3．1 无铅替代物的要求

电子工业在寻找无铅的焊料替代品，能够取代sn／pb合金必须具有与sn／pb焊料相似的物理、机械、温度和电气性能。

·价格：许多厂商都要求价格不能高于63sn／37pb，但目前无铅替代物的成本都比63sn／37pb高3 5％。

·熔点：大多数厂家要求固相温度最小为150℃，以满足电子设备的工作要求。液相温度则视具体应用而定，而无铅焊料一般都比有铅焊料的温度高30℃。

波峰焊用焊条：为成功实现波峰焊，液相温度应低于265℃。

手工焊用焊锡丝：液相温度应低于烙铁工作温度345℃。

焊膏：液相温度应低于250℃。

·导电性：这是电子连接的基本要求。

·导热性好：为了能散发热能，合金必须具备快速传热能力。

·较小的固液共存范围：大多数专家建议此温度范围控制在10℃之内，以便形成良好的焊点，从而达到最佳的焊接状态和较少的缺陷。如果合金凝固范围太宽，则有可能