1、無鉛技術在家電生產中的應用我國是一個家電大國，據統計2004年我國家用電器行業完成銷售收入3146億元，已經成為一個成熟的產業，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1。但是隨著這些地區對于家電產品無鉛化的要求，我國家電電子生產商面臨著嚴峻的考驗。 無鉛技術提出的背景 2002年10月11日，歐盟通過了WEEE（報廢電子電氣設備指令）和RoHs（關于在電子電氣設

2、備中禁止使用某些有害物質指令）。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，無鉛化已經成為大家關注的焦點。亞洲方面，日本的JEIDA（日本電子工業發展協會）已提出新產品中的無鉛化路線圖，到2003年末，大約80%的電子生產商已生產無鉛產品。無鉛焊料應用于所有元件、材料和產品的計劃將在2005年末完成。JEIDA同時要求出口到日本的電子、家電產品進行檢驗，嚴格控制含鉛產品進入日本市場。美國NEMI（美國電子機器制造者協會）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

3、內的眾多世界著名公司都已經參與到這項工作中。與此同時許多相關的法律、法規的相繼出臺限制了出口到美國的含鉛家電產品。如果我國的家電企業不采取措施進行無鉛化生產，必將造成巨大的經濟損失。 隨著我國現代化進程的不斷發展，國家對可持續發展的重視以及人們對環保的要求不斷提高，鉛對人體有危害的觀念已經深入人心。同時在電子產品的環保方面，國家也制定了相關的法律。特別是2003年年底出臺了電子產品生產污染防治管理辦法，被外界稱為中國版的WEEE。這部法律中規定了六種有毒有害物質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、電子生產企業要想

4、在競爭激烈的在市場中站穩腳跟，就要根據國家的法律來改進產品的生產，做到產品的無鉛化。 另外對于企業自身來說，由于國家制定了廢舊家電及電子產品回收處理管理條例，要求企業對生產的電子、家電產品的回收負責。從成本上講，回收利用的成本太高，使得家電產品的回收成為一個非盈利性的行業，其綜合成本已經超過采用無鉛生產方式的成本。所以無鉛化又是一個非常現實的經濟問題。 無鉛技術在電子、家電產品中的應用現狀 現在無鉛技術的研究主要集中在無鉛釬料的研究與開發。國際上公認的有發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。國內外關于無鉛釬料的研究也主要是圍繞著

5、這幾種合金系進行的。 國外研究現狀 美國的高校、研究機構及企業投入了很大的精力開發無鉛釬料，做出了許多開創性的工作。密歇根州立大學化學工程與材料學系的Lucas等人首次提出并研究了復合無鉛釬料，用微米、納米尺度的Ag、Cu等顆粒來增強釬料的力學性能，特別是抗蠕變性能。研究發現加入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。加州州立大學洛杉磯分校材料科學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機理，以及釬料的界面反應，發現界面處的金屬間化合物對釬料的機械性能有很大影響。馬里蘭大學的封裝工學研究中心從系統科學的角度研究了無鉛

6、化的進程，同時對Sn-Ag-Cu和Sn-Cu釬料的耐腐蝕性和可靠性進行了研究，發現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的耐腐蝕能力。歐洲研究機構主要有柏林工業大學的Fraunhorfer研究所和Oulu大學，亞洲主要有日本東京大學先端技術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從事電子產品生產的知名企業。表1為幾大電子公司的無鉛化進程。 國內研究現狀 國內無鉛釬料的研究機構主要為高校和研究所，大部分企業主要依托這些單位來開發需要的無鉛產品。 清華大學材料科學與工程系研究了Sn-Ag-Cu-In-Bi系列的無鉛封裝材料

7、，主要優點在于，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，與現在的共晶錫鉛釬料的熔點接近，可以在工藝條件不做調整的條件下進行生產。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生剝離，與Sn-Pb鍍層的兼容性也不好。大連理工大學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來控制，粉末尺寸可減小到310mm。對于多組元合金，MA被認為是一種有價值的合成無

8、鉛釬料合金的方法。北京工業大學先進材料加工技術研究所系統地研究了Sn-Ag、Sn-Cu以及Sn-Ag-Cu無鉛釬料，并且通過添加稀土元素以及顆粒增強來改善釬料的性能，研究發現釬料的蠕變性能得到顯著提高，并在此領域申請了若干項專利。 無鉛技術在主要家電、電子公司的應用 2004年夏天，飛利浦公司宣布其6系列顯示器為“全球首款無鉛顯示器”，宣告了家電業無鉛時代的來臨。6系列顯示器通過了目前顯示器行業中最嚴格的TCO 03認證，此認證加入了對鉛元素的使用限制，做到了顯示器的電池、顏料、噴漆、外部電纜、塑料元件和外置電源都不含鉛，其余各部分的鉛含量的比重不超過百萬分之五十。作為世界主要的電子、家電供應

9、商飛利浦推出的無鉛顯示器顯示了國際一線大廠的人文關懷理念。 近日，國內不少大型家電企業如TCL、創維、海爾等企業相繼對外宣布，在彩電生產過程中引入“無鉛焊接”技術，利用該技術生產的電視產品將完全符合歐盟頒布的WEEE指令和RoHs指令。 目前存在的基本問題 國內外各科研機構經過多年的努力對無鉛釬料的研究已經取得了一定的成果，開發出了在試驗室條件下具有優良性能的無鉛釬料，在工業生產中得到了一定的應用。但是無鉛釬料的研究目前仍然存在著以下一些問題。 無鉛釬料各個參數的匹配問題 無鉛釬料要能達到實用化的程度必須考慮以下幾個參數的匹配： （1）良好的潤濕性；（2）優良的抗蠕變性能 ；（3）良好的耐熱疲

10、勞性能 ；（4） 力學性能 ；（5）高的導電率。但是目前研究的無鉛釬料都僅在上述部分參數上表現優良，比如Sn-Zn共晶釬料的熔點比較低，為199，與Sn-Pb釬料比較接近，但是由于Sn-Zn容易氧化，所以潤濕性比較差。而Sn-Ag的潤濕性相對比較好，抗蠕變性能優良，但是熔點比較高，為221。釬焊溫度比較高，使用現在的表面組裝設備，釬焊接頭的質量很難得到保證。如果提高釬焊溫度，對電子元器件耐溫溫度的要求便要提高。 因此，目前的許多研究都試圖通過添加其它合金元素來優化釬料的性能，使上述參數達到最大程度的匹配。 理論研究的問題 從目前的文獻來看，無鉛釬料的研究主要還是集中在材料的尋找和簡單的性能測定

11、兩個方面。通過試驗得到的性能，來選擇需要的材料。但是真正從材料的物理結構層面來研究無鉛釬料性能優劣或者取舍的還不是很多，問題并沒有從根本上得到解決。這種問題的出現與現時無鉛應用法律法令提出的緊迫要求具有直接關系。 無鉛技術的標準問題 現在正在進行的無鉛釬料研究大部分還處于獨立研究開發階段，研究出的無鉛釬料在對比方面還缺乏一個有效的標準，國外在無鉛技術的標準制定方面已經走在前列。 日本方面，日本經濟產業省于2004年月20日發布“無鉛焊錫試驗方法”，制定了相關的JIS（日本工業標準）。該標準主要對熔化溫度范圍、機械特性、可濕性、接合強度等基本特性的評估試驗方法制定了相關的規定。歐洲的家電巨頭Ph

12、ilips(皇家飛利浦電子公司)、Infineon Technologies（英飛凌科技公司）及ST Microelectronics（意法半導體）聯合行動推動“無鉛”封裝的應用和無鉛技術的發展。三家公司于2001年2月提出了建議標準。美國也曾在90年代初期，提出過相關的標準問題。 在IT業界流行一句俗語 ：三流的企業做生產，二流的企業做設計，一流的企業做標準。我國科技工作者和企業應當重視相關標準的制定。現在世界上還沒有一個統一的標準，我們要抓住這個機會，在世界標準的制定方面參與進去。可喜的是我國的有關方面已經注意到這個問題，已經開始著手制定相關的標準。 其它問題 在無鉛技術的研究中還存在著其它的問題，比如無鉛技術的專利問題。目前資料顯示申請專利的主要是國外的公司如韓國的三星電子、日本千住金屬等，國內只有北京工業大學和大連理工大學等申請了相關的專利。另外，目前多數研究還主要集中在電子封裝領域，涉及到家電領域的研究相對較少。 但是許多電子封裝領域的研究成果并不能直接用于家電生產，所以無鉛技術在家電領域的研究有待進一步加強。 對策與展望 隨著綠色無鉛時代