2．铅的禁止与规定：
日本——日本电子工业协会于1998年决定，主动在电子组装中去除铅。目标是2002年50%电子产品无铅，2004年完全无铅。Sony, Panasonic, Hitachi, Toshiba已经承诺，其国内制造和销售的电子产品在2001年实现无铅。【Sony 环境物质管理标准SS－0259－01】限制使用包括铅在内的17大类物质。
欧洲——欧洲议会于2002年12月通过决议草案WEEE(Directive2002/96/EC Waste Electrical and Electronic Equipment) 以及ROHS （Directive2002/95/EC，Restriction of Hazardous Substance），在2006年7月1日起开始全面禁止使用含铅电子焊料。
北美——无铅的原始推动力来自于美国。80年代初，美国立法禁止在汽油与管道焊接中使用铅。1992年的Raid法案(S729,一个多方面的环境保护法案)中即包含了电子组装中禁用铅。但是由于美国国会的控制权此时从民主党转向共和党，法案未成立。目前及可预见的未来，美国几乎不可能通过立法来禁止使用含铅焊料。
美国NEMI(National Electronics Manufacturing Initiative)于1999年成立专门工作组，目标是帮助北美公司在2001年启动无铅电子组装，到2004年全面实现电子产品无铅。
替代元素/焊料的基本要求
无铅焊料不是新技术。但今天的无铅焊料研究是要寻求年使用量为 5-6万吨的Sn-Pb焊料的替代产品。
(1) 其全球储量足够满足市场需求。某些元素，如铟和铋，储量较小，因此只能作为无铅焊料的添加成分；
(2) 无毒性。某些在考虑范围内的替代元素，如镉、碲，是有毒的。而某些元素，如锑，如果改变毒性标准的话，也可以认为是有毒的；
(3) 能被加工成需要的所有形式，包括用于修补的锡线；用于焊料膏的粉末；用于波峰焊的锡条等。不是所有的合金能够被加工成所有形式，如铋的含量增加将导致合金变脆而不能拉拔成丝状；
(4) 替代合金也可以再循环利用。如果无铅焊料中包含3到4种金属元素将使再循环工艺复杂化并增加成本。
(5) 相变温度(固/液相线温度)与Sn-Pb焊料相近；
(6) 合适的物理性能，特别是电导率、热导率、热膨胀系数；
(7) 与现有元件基板/引线及PCB材料在金属学性能上兼容；
(8) 足够的力学性能：剪切强度、蠕变抗力、等温疲劳抗力、热机疲劳抗力、金属学组织的稳定性；
(9) 良好的润湿性；
(10) 可接受的成本价格
欧盟双指令（WEEE/ROHS指令案）内容介绍
WEEE/ROHS指令案包括两部分的内容，即涉及循环再利用WEEE和限制使用有害物质的ROHS。下面分别对两条指令案进行简要解释。
WEEE指令案进行简要解释
A. 实施WEEE指令案的目标
实施WEEE指令案的目的，最主要的就是防治电子电气废弃物(WEEE)，此外是实现这些废弃物的再利用、再循环使用和其它形式的回收，以减少废弃物的处理。同时也努力改进涉及电子电气设备生命周期的所有操ROHS指令案
A、实施ROHS指令案的目标
实施ROHS指令案的目标是使各成员国关于在电子电气设备中限制使用有害物质的法律趋于一致，有助于保护人类健康的和报废电子电气设备合乎环境要求的回收和处理。
B、ROHS指令案适用范围
ROHS指令案适用于以下电子电气设备：大型家用器具，小型家用器具，信息技术和远程通讯设备，用户设备，照明设备（包括家用电灯泡和照明设备），电气和电子工具（大型静态工业工具除外），玩具、休闲和运动设备，自动售货机。本指令对2006年7月1日前投放市场的电子电气设备的部件、修理部件和再利用部件不适用。
ROHS指令案中“电子电气设备”（WEEE）指正常运行需要依赖于电流或电磁场的设备和表2中列出的能产生、传输和测量电流和电磁场的设备，且这些设备的设计电压是交流电不超过1000V，直流电不超过1500V。
作人员，如生产者、销售商、消费者，特别是直接涉及报废电子电器设备处理人员的环保行为。
附：关于欧盟环保双指令
WEEE指令：全称《废弃电气电子设备指令》，该项指令要求生产商（包括进口商和经销商）对进入欧盟市场的废弃的电气电子产品，负责回收、处理，对新投放欧盟市场电气电子产品必须加贴回收标志。（2005年8月13日实施）
ROHS指令：全称《电气电子设备中限制使用某些有害物质指令》，该项指令要求2006年7月1日以后新投放欧盟市场电气电子产品不得含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴联苯醚等六种有害物质。
为什么要推出ROHS？
首次注意到电气、电子设备中含有对人体健康有害的重金属是2000年荷兰在一批游戏机的电缆中发现镉。事实上，电气电子产品在目前生产中大量使用的焊锡、包装箱印刷的油墨都含有铅等有害重金属。 根据欧盟官方公告的指令附件，以上两项指令涉及的产品包括10大类、近20万种：大型家用电器类、小型家用电器类、IT和通信设备、消费产品类、照明设备类、电气电子工具类、玩具休闲及体育设备类、医疗设备类、监控仪器类、自动售货机类。
根据中国电器工业协会的最新数据，2004年一季度，我国机电产品出口在我国出口中所占比重达55％。而欧盟已经成为中国机电产品出口的主要市场。由于中国厂商环保理念和工艺水平的落后，RoHS指令使得将近270亿美元的中国机电产品面临欧盟的环保壁垒。
中国政府一直在给以密切关注和研究对策，国务院专门责成信息产业部负责针对欧盟环保指令的研究和应对工作。信息产业部根据《清洁生产促进法》和《固体废物污染环境防治法》等有关法规制定的《电子信息产品污染防治管理办法》已经完成，并于2005年1月1日起施行。
《电子信息产品污染防治管理办法》规定，自2006年7月1日起，列入电子信息产品污染重点防治目录中的电子信息产品中不得含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯乙醚和聚合溴化联苯及其他有毒有害物质。对于2006年7月1日以前的一段时间，中国政府要求电子信息产品制造商们实行有毒有害物质的减量化生产措施，并积极寻找可替代品。
中国政府一直在给以密切关注和研究对策，国务院专门责成信息产业部负责针对欧盟环保指令的研究和应对工作。信息产业部根据《清洁生产促进法》和《固体废物污染环境防治法》等有关法规制定的《电子信息产品污染防治管理办法》已经完成，并于2005年1月1日起施行。
《电子信息产品污染防治管理办法》规定，自2006年7月1日起，列入电子信息产品污染重点防治目录中的电子信息产品中不得含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯乙醚和聚合溴化联苯及其他有毒有害物质。对于2006年7月1日以前的一段时间，中国政府要求电子信息产品制造商们实行有毒有害物质的减量化生产措施，并积极寻找可替代品。
一些大公司已经注意到RoHS并开始采取应对措施，如SONY公司的数码照相机已经在包装盒上声明：本产品采用无铅焊接；采用无铅油墨印刷。
3.金属学的组织性能方面
合金的性能，特别是力学性能取决于其金属学组织。
Se(硒)和Te(碲)将导致Sn基合金脆化。Sb(锑)的含量不适当将恶化Sn基合金的润湿性能。In(铟)原子在Sn晶格中的分布显著影响其疲劳性能。如果存在Bi(铋)的第二相沉淀将显著脆化Sn基合金。Sn与Cu 、Ag、Sb等之间金属间化合物的形成将显著影响其强度和疲劳寿命。可以断定，新型无铅焊料中各组分含量必须是特定的，或者只能在一个很窄的范围内变动。
4.现状与专利问题
Sn-Ag,Sn-Cu和Sn-Bi等所有的二元合金不受专利的限制，及其近共晶成分已使用多年，无专利限制。目前已经有超过100个无铅焊料的专利，由于性能与价格方面的原因，只有其中一小部分可以实用化。
|
Sn-Ag-Cu
|
JP3027441
(千住)
|
USP5527628
(Iowa)
|
|
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Sn-Ag-Cu-Bi
|
USP4879096
|
CAP1299471
|
|
|
Sn-Bi-Ag
|
USP5320272
|
||
|
Sn-Ag-Cu-Ni
|
USP4758407
|
||
|
Sn-Ag-Cu
(Castin®)
|
USP5352407
AIM
|
USP5405577
AIM
|
JP2752258
AIM
|
另一个著名的合金成分是Sn4.0Ag0.5Cu,该成分合金早在1959年就由德国马克斯-普朗克研究所发表。已经不受专利保护。
（注：尽管该成分合金没有申请专利，但用这种合金制成的焊点连接是有专利的）
5.无铅与有铅的比较：
通常按将无铅焊料按熔点范围作如下分类：
1．低溶化温度型（〈180℃〉
2．同Sn-Pb共晶相当的温度（180-200℃）
3．中等溶化温度型（200-230℃）
4．高溶化温度型（230-350）
|
焊锡
|
熔点（℃）
|
焊接作业温度（℃）
（焊锡熔点＋50℃）
|
烙铁头温度（℃）
（焊接作业温度＋100℃） |
|
Sn-Pb共晶
|
183
|
233
|
333
|
|
Sn-0.75Cu
|
227
|
277
|
377
|
|
Sn－3.5Ag
|
221
|
271
|
371
|
|
Sn－3.5Ag－0.75Cu
|
217℃～219℃
|
267～269
|
367～369
|
|
Sn－3.0Ag－0.7Cu
|
217℃～219℃
|
267～269
|
367～369
|
|
Sn－3.0Ag－0.5Cu
|
217℃～219℃
|
267～269
|
367～369
|
6.部分无铅合金的比较
|
合金类型
|
不足之处
|
优点
|
|
SnCu
|
熔点高，强度差，可焊性差
|
价格低，易于维护
|
|
SnAg
|
价格高、熔点高
|
可焊性与可靠性好
|
|
SnAgCu (Sb)
|
价格高、熔点稍高
|
可焊性与可靠性好
|
|
SnAgBi (Cu) (Ge)
|
连接脚突起（晶须）
|
熔点低、可焊性与可靠性好
|
|
SnZn（Bi）
|
锡膏寿命短 ，润湿性差，易于氧化，锡渣多，易于腐蚀
|
熔点温度与Sn-Pb接近
|
7.典型的无铅焊料商品举例
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焊接工艺
|
型号
|
合金组成
|
熔点
|
备注
|
|
回流焊
|
SN96
SNCI*2
SN97C*3
LF-C*4
LFSA
LF-A
|
Sn-3.5Ag (共晶)
Sn-3.8Ag-1Cu(共晶)
Sn-3.0Ag-0.5Cu
Sn-3.5Ag-3Bi-1Cu
Sn-3.5Ag-3In-0.5Bi
Sn-9Zn
|
221E
217E
208~219
208~213
214(三井)
199E
|
*1:JP3152945/US6180055
*2:US6231691B1
*3:JP3027441/US5527628
*4:US5527628
|
|
波峰焊
|
SN100C*1
SN96CI*2
SN97C*3
|
Sn-0.7Cu+Ni
Sn-3.8Ag-1Cu(共晶)
Sn-3.5Ag-0.5Cu
|
227E
217E
218～219
|
|
|
手工焊
|
SN97C*3 Sn-3.5Ag-0.5Cu
|
|||
8.无铅焊锡及其问题
①上锡能力差 无铅焊锡的焊锡扩散性差，扩散面积差不多是共晶焊锡的1/3。
②熔点高 无铅焊锡的熔点比一般的Sn-Pb共晶焊锡高大约34~44度，这样电烙铁烙铁头的温度设定也要比较高。
①上锡能力差 无铅焊锡的焊锡扩散性差，扩散面积差不多是共晶焊锡的1/3。
②熔点高 无铅焊锡的熔点比一般的Sn-Pb共晶焊锡高大约34~44度，这样电烙铁烙铁头的温度设定也要比较高。
③ 烙铁头的使用寿命变短
④ 烙铁头的氧化 在使用无铅焊锡时，有时会造成烙铁头表面黑色化，失去上锡能力而导致焊接作业中止。
◆烙铁头温度设定在400度的时候
◆没有焊接作业，电烙铁通电的状态长时间的放置。
◆烙铁头不清洗。
④ 烙铁头的氧化 在使用无铅焊锡时，有时会造成烙铁头表面黑色化，失去上锡能力而导致焊接作业中止。
◆烙铁头温度设定在400度的时候
◆没有焊接作业，电烙铁通电的状态长时间的放置。
◆烙铁头不清洗。
◆氧化的情况比较容易出现。
9.无铅焊锡使用时的注意点
① 烙铁头的温度管理非常重要
有温度调节的电烙铁，根据使用的焊锡,选择最合适的烙铁头温度设定非常重要。
工作以前，用烙铁头测温计先测定烙铁头的温度很重要。
② 使用与厂家(例白光工具)配套的正宗烙铁头
假冒烙铁头，孔径（放入发热芯）有大有小，套管的厚度也各有差异这些都造成电烙铁的性能不能发挥，有时会造成电烙铁故障的原因。
③ 使用热回复性等热性能好的电烙铁
在使用无铅焊锡进行焊接作业时，由于对零件的耐热性，安全作业的考虑，烙铁头的设定温度一般希望在350度－370度以下。
像白光HAKKO942这样的热回复好的电烙铁,把加热体/传感器/烙铁头一体化，从而使热回复性非常优秀。
① 烙铁头的温度管理非常重要
有温度调节的电烙铁，根据使用的焊锡,选择最合适的烙铁头温度设定非常重要。
工作以前，用烙铁头测温计先测定烙铁头的温度很重要。
② 使用与厂家(例白光工具)配套的正宗烙铁头
假冒烙铁头，孔径（放入发热芯）有大有小，套管的厚度也各有差异这些都造成电烙铁的性能不能发挥，有时会造成电烙铁故障的原因。
③ 使用热回复性等热性能好的电烙铁
在使用无铅焊锡进行焊接作业时，由于对零件的耐热性，安全作业的考虑，烙铁头的设定温度一般希望在350度－370度以下。
像白光HAKKO942这样的热回复好的电烙铁,把加热体/传感器/烙铁头一体化，从而使热回复性非常优秀。
焊雄公司无铅材料：
我公司也积极响应欧盟环保双指令和中国的《电子信息产品污染防治管理办法》，并采取相应的应对措施，从原材料进货、产品制造、成品封装等全过程有效防止有害元素的进入。
受RoHS限制的物质有： 铅、镉、六价铬、汞、PBB、PBDE。
最终产品中可能含有的RoHS物质： 铅、
封装材料中可能含有的RoHS物质： 铅、镉、PBB、PBDE
本公司产品抽样检查：（广州SGS检验报告）
RESULTS
Lead Content(Pb)(ppm)(铅) 318
Cadmium Content(Cd)（镉） N.D.
Mercury Content(Hg)（汞） N.D
本公司封装材料抽样检查：（广州SGS检验报告）
RESULTS Transparent liquid
Lead Content(Pb)(ppm) (铅) N.D.
Cadmium Content(Cd) （镉） N.D.
Mercury Content(Hg) （汞） N.D.
Chromium Content(Cr)（铬） N.D.
Polybrominated Biphenyls(PBBS)（聚溴联苯） N.D.
Polybrominated diphenylether(PBDES)（聚溴联苯醚） N.D.
Note: N.D= Not Detected(<2ppm) (未检测出)
ppm=mg/L
RoHS六大类有害物质含量标准表
|
物质名称
|
用途与适用条件
|
零件允许PPM值
|
零件禁止含有期限
|
试用法规
|
测试方法
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|
Pb
铅
|
包装材料(纸箱,缓冲材,PE袋,胶带)使用涂料,墨水
|
< 100 PPM
|
2005/4/1
|
94/62/EEC,美国包装材料重金属限制
|
US EPA 3050B
|
|
PVC电线,接头 标示用涂料,墨水,树脂,橡胶安定剂
|
< 1000 PPM
|
2005/4/1
|
2002/95/EC (RoHS指令)
|
||
|
焊接的铅,基板和电子零件的铅锡焊接,
|
< 1000 PPM
|
2005/4/1
|
2002/95/EC (RoHS指令)
|
||
|
Cd
镉
|
包装材料(纸箱,缓冲材,PE袋,胶带)使用涂料,墨水
|
< 100PPM
|
2005/4/1
|
94/62/EEC,美国包装材料重金属限制
|
EN1122 Method B
|
|
表面处理(电镀,铬酸盐处理) 涂料
|
禁止特意添加
|
立即禁止
|
76/769/EEC
|
||
|
电气触点,保险丝,电阻,焊锡
|
禁止特意添加& < 75PPM
|
2005/4/1
|
2002/95/EC (RoHS指令)
|
||
|
使用在高可靠性电气接点表面处理中没有代替材料产品
|
|
|
2002/95/EC (RoHS指令)
|
||
|
Hg
汞
|
包装材料(纸箱,缓冲材,PE袋,胶带)使用涂料,墨水
|
< 100PPM
|
2005/4/1
|
94/62/EEC,美国包装材料重金属限制
|
US EPA
3052
|
|
塑料,PVC电线,接头 标示用涂料,墨水,树脂,橡胶安定剂
|
< 100 PPM
|
2005/4/1
|
2002/95/EC (RoHS指令)
|
||
|
Cr6+
六价铬
|
包装材料(纸箱,缓冲材,PE袋,胶带)使用涂料,墨水
|
< 100PPM
|
2005/4/1
|
94/62/EEC,美国包装材料重金属限制
|
US EPA 3060A
7196A
|
|
防锈处理(螺丝,钢板),涂料,墨水的颜料
|
< 1000PPM
|
2005/4/1
|
2002/95/EC (RoHS指令)
|
