家電行業(yè)為什么都選擇無鉛焊錫

我國是一個家電大國，據(jù)統(tǒng)計2004年我國家用電器行業(yè)完成銷售收入3146億元，已經(jīng)成為一個成熟的產(chǎn)業(yè)，特別是由于家用電器的出口迅速增長，2004年家用電器出口總額171.9億美元。目前，中國家用電器產(chǎn)品出口到亞洲、歐洲、北美三大主市場處于相對均衡的格局。2004年中國對上述三個市場的家電產(chǎn)品出口額分別占到家電出口總額的32%、32%、28%，三者合計占到市場總量的90%以上。但是隨著這些地區(qū)對于家電產(chǎn)品無鉛化的要求，我國家電電子生產(chǎn)商面臨著嚴(yán)峻的考驗。

2002年10月11日，歐盟通過了WEEE（報廢電子電氣設(shè)備指令）和RoHs（關(guān)于在電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令）。特別是RoHs要求從2006年7月1日起出口到歐盟的電子設(shè)備中禁止含有鉛這種元素。隨著這一日期的日益臨近，無鉛化已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點。亞洲方面，日本的JEIDA（日本電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會）已提出新產(chǎn)品中的無鉛化路線圖，到2003年末，大約80%的電子生產(chǎn)商已生產(chǎn)無鉛產(chǎn)品。無鉛焊料應(yīng)用于所有元件、材料和產(chǎn)品的計劃將在2005年末完成。JEIDA同時要求出口到日本的電子、家電產(chǎn)品進(jìn)行檢驗，嚴(yán)格控制含鉛產(chǎn)品進(jìn)入日本市場。美國NEMI（美國電子機器制造者協(xié)會）于1999年成立專門工作組，以幫助北美公司在2001年啟動無鉛電子組裝，包括IBM、Motorola、Intel在內(nèi)的眾多世界著名公司都已經(jīng)參與到這項工作中。與此同時許多相關(guān)的法律、法規(guī)的相繼出臺限制了出口到美國的含鉛家電產(chǎn)品。如果我國的家電企業(yè)不采取措施進(jìn)行無鉛化生產(chǎn)，必將造成巨大的經(jīng)濟損失。 

隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，國家對可持續(xù)發(fā)展的重視以及人們對環(huán)保的要求不斷提高，鉛對人體有危害的觀念已經(jīng)深入人心。同時在電子產(chǎn)品的環(huán)保方面，國家也制定了相關(guān)的法律。特別是2003年年底出臺了《電子產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》，被外界稱為中國版的WEEE。這部法律中規(guī)定了六種有毒有害物質(zhì)在使用中受到的限制，鉛元素位列其中。對這些元素禁止使用的日期為2006年7月1日（和歐盟的ROHS同時）。今天，家電、電子生產(chǎn)企業(yè)要想在競爭激烈的在市場中站穩(wěn)腳跟，就要根據(jù)國家的法律來改進(jìn)產(chǎn)品的生產(chǎn)，做到產(chǎn)品的無鉛化。 

另外對于企業(yè)自身來說，由于國家制定了《廢舊家電及電子產(chǎn)品回收處理管理條例》，要求企業(yè)對生產(chǎn)的電子、家電產(chǎn)品的回收負(fù)責(zé)。從成本上講，回收利用的成本太高，使得家電產(chǎn)品的回收成為一個非盈利性的行業(yè)，其綜合成本已經(jīng)超過采用無鉛生產(chǎn)方式的成本。所以無鉛化又是一個非?，F(xiàn)實的經(jīng)濟問題。 

無鉛技術(shù)在電子、家電產(chǎn)品中的應(yīng)用現(xiàn)狀 ，現(xiàn)在無鉛技術(shù)的研究主要集中在無鉛釬料的研究與開發(fā)。國際上公認(rèn)的有發(fā)展前景的合金系列主要集中在Sn-Ag、Sn-Cu和Sn-Zn等二元合金系以及Sn-Ag-Cu三元合金。國內(nèi)外關(guān)于無鉛釬料的研究也主要是圍繞著這幾種合金系進(jìn)行的。 

 國外研究現(xiàn)狀 ：美國的高校、研究機構(gòu)及企業(yè)投入了很大的精力開發(fā)無鉛釬料，做出了許多開創(chuàng)性的工作。密歇根州立大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)系的Lucas等人首次提出并研究了復(fù)合無鉛釬料，用微米、納米尺度的Ag、Cu等顆粒來增強釬料的力學(xué)性能，特別是抗蠕變性能。研究發(fā)現(xiàn)加入Ag、Cu、Ni等顆粒后，在不顯著改變潤濕性的前提下，釬料的抗蠕變能力顯著增強。加州州立大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程系研究了無鉛釬焊接頭的可靠性，其中Kim等人研究了無鉛釬料的潤濕的動力學(xué)機理，以及釬料的界面反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)界面處的金屬間化合物對釬料的機械性能有很大影響。馬里蘭大學(xué)的封裝工學(xué)研究中心從系統(tǒng)科學(xué)的角度研究了無鉛化的進(jìn)程，同時對Sn-Ag-Cu和Sn-Cu釬料的耐腐蝕性和可靠性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)Sn-Ag-Cu無鉛釬料對氯氣、硫化氫等腐蝕性氣體不敏感，與Sn-Pb釬料相比有較好或者相當(dāng)?shù)哪透g能力。歐洲研究機構(gòu)主要有柏林工業(yè)大學(xué)的Fraunhorfer研究所和Oulu大學(xué)，亞洲主要有日本東京大學(xué)先端技術(shù)研究所下屬的封裝工程研究所等。同時參與研究的還有以上國家和地區(qū)從事電子產(chǎn)品生產(chǎn)的知名企業(yè)。表1為幾大電子公司的無鉛化進(jìn)程。 

 國內(nèi)研究現(xiàn)狀：國內(nèi)無鉛釬料的研究機構(gòu)主要為高校和研究所，大部分企業(yè)主要依托這些單位來開發(fā)需要的無鉛產(chǎn)品。 清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系研究了Sn-Ag-Cu-In-Bi系列的無鉛封裝材料，主要優(yōu)點在于，Sn-Ag-Cu-In-Bi釬料的熔點比較低，采用這種焊料的實裝溫度可降到200℃以下，與現(xiàn)在的共晶錫鉛釬料的熔點接近，可以在工藝條件不做調(diào)整的條件下進(jìn)行生產(chǎn)。但這種釬料的延展性較差，脆性大，潤濕性比較差，剝離強度低，在意外沖擊下往往產(chǎn)生剝離，與Sn-Pb鍍層的兼容性也不好。大連理工大學(xué)材料工程系王富崗等人利用機械合金化（MA）的制備方法研制了Sn-9Zn、Sn-5Sb無鉛釬料。研究結(jié)果表明 ：Sb、Zn在Sn中的固溶度包含了原子的置換固溶和晶界溶解,金屬粉末的最終顆粒尺寸可以通過選用合適的工藝參數(shù)來控制。