将一部旧手机扔进垃圾桶,附近垃圾填埋场的铅含量并未增加太多。如果铅渗入当地地下水,则会折腾数百万部手机,电视,计算机显示器和家用电器,并且全世界范围内的垃圾填埋场中的铅蓄积会带来潜在的环境危害。铅已经从油漆和汽油中去除。电子制造过程实现无铅只是时间问题。
实际上,时间倒计时到2006年7月1日,当时欧盟要求投放市场的新电子产品和电子设备中不得含有铅,汞,镉,六价铬,多溴联苯或多溴联苯醚。欧盟对有害物质的限制(RoHS)影响了全球贸易,因为欧盟以外的制造商将需要生产不含六种受管制物质的产品才能将这些产品进口到欧盟成员国。其他国家正在效仿欧盟。日本自愿生产无铅电子产品。
根据2003年4月16日发布的《电子工业联盟特别报告》,中国信息产业部正在起草一项禁止电子产品中化学物质的提案。2003年9月,美国加利福尼亚州通过了消除和回收电子废物库存的立法。该法案还要求美国有毒物质部门通过法规,禁止在欧盟禁止销售电子设备的情况下使用电子设备。
在欧盟指令的六种受管制物质中,铅的使用量**。使用无铅意味着放弃了锡/铅焊料,数十年来,锡/铅焊料为电路卡组件和连接器提供了可靠的连接。遵守欧盟RoHS等指令意味着需要可靠且的测试以确定铅和其他受管制物质的水平。**近,IEC已采取措施确保从2006年起,涉及焊接的标准将考虑到欧盟RoHS指令。
目前,IEC提供了约5300种出版物。根据一项估计,多达三分之一可能需要修订,同时还需要新的标准。总而言之,一项艰巨的任务。例如,一个IEC技术委员会正在研究43个正在修订或建议用于新工作的标准。另外,IEC刚刚成立了技术委员会111,以处理电气和电子产品的环境标准化。
如果标准可以产生全球认可的结果,则用于铅测试的国际标准将支持贸易并**地降低制造商的风险。这样就不必在每个市场进行重新测试。欧洲摩托罗拉技术中心的Markus Stutz说,如今,每个实验室对铅的测量方法都不同,根据方法,所用设备的类型和样品制备的不同,结果可能会大不相同。
“这对误差幅度有重大影响,” Stutz评论。他**近了IEC环境方面咨询小组的一个特设工作组,以帮助标准化测试方法,并为公司提供有关如何**地降低风险的信息,从而使他们不向欧洲市场出售含有管制物质的产品。
目前,由于欧盟尚未定义“无铅”焊料,这些风险不会轻易降低。IEC电子和电信咨询委员会主席Kimmo Saarinen说:“有谣言将其限制在0.1%之内,但这是人为的,因为欧盟尚未决定如何计算该百分比。” 该数量可能意味着单个组件的总铅含量的0.1%或完整设备的0.1%。
无论哪种方式,更换铅都是困难的。萨里宁说,锡铋合金已经被尝试过,但是铋没有未来的焊料,因为它可能与铅一样有毒。锡锌或锡锌铝合金也正在测试中,例如导电胶和激光焊接等方法也正在测试中。Saarinen指出,许多建议的替代焊料均已申请专利,并且可能无法免费获得IEC测试目的。
到目前为止,**常见的铅替代品是纯锡或锡银铜合金。但是这些替代合金的熔点比二十多年来使用的加工温度高30摄氏度左右。英国米德尔塞克斯国家物理实验室的克里斯·亨特说:“现在有人来了,说"我们希望一切都增加"。” “这不是一夜之间就能达成或完成的琐事。”
替代合金的更高熔化和加工温度可能会带来问题。Saarinen解释说,在某些工业应用中,大大小小的组件都存在于同一块板上,但是这两个组件可能无法承受额外的热量。此外,Saarinen补充说,由于锡银铜合金的冶金学比锡铅合金复杂得多,因此可能会损害焊点的可靠性。
他说:“组件的电极或印刷电路板的涂层中总是含有其他金属,因此非常有可能进行六元素冶金,并可能形成许多不需要的合金。”
不需要的合金不是**不需要的构造。纯锡和其他一些合金往往会长出类似头发的胡须,这些胡须具有导电性,并且会短路附近的电子结。萨里宁说,虽然晶须的形成还不清楚,但如果未正确制备纯锡或给电路板施加压力,就会出现这种现象。例如,在像蛤一样打开和关闭的柔性手机中,弯曲应力会触发锡晶须,有时可达1mm或更长。甚至0.1毫米也会有问题。
到目前为止,通过向焊料中添加少量铅,可以防止晶须生长。由于焊接占全球铅使用量的0.5%,Saarinen质疑从长远来看无铅是否会被证明是明智的。
Saarinen说:“较高的热量以及在焊接过程中使用保护性气体意味着比传统工艺明显更高的能耗,根据一些研究,这意味着新方法比旧方法对环境的危害较小,” Saarinen说。“此外,回收少量的银和铜比回收铅更困难。”
英国的亨特说,这也不是个坏消息。尽管某些无铅电路板的可靠性可能较差,但一旦科学家了解并管理了新合金的性能,并了解了这些性能对产品寿命的影响,某些无铅电路板可能会更可靠。亨特说,在技术上可以用铅代替焊接中的铅,但是会产生成本上的损失,谁来承担增加产量的成本呢?他说,另一个灰色地带是长期的可靠性问题。例如,人们并不将手机视为需要长期使用的产品,但航空业当然希望航空电子设备的使用寿命更长。
亨特说:“这使科学家和技术专家的生活变得有趣,但对商人而言,问题就更大了。”
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