高铅焊料使用现状与替代方案

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。

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。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℃，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，因此还在开发阶段。

烧结过程：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。