70多年来，焊料一直是实现电子元件互连的主要方法。最初几年，一切都很简单，可供选择的基本上只有锡铅焊料，主要有两种基本合金：Sn60Pb40和Sn63Pb37，Sn63Pb37是电子组装一直在使用的焊料的共晶变体。
然而，今天，可用于电子连接的焊料合金数量，即使没有100种，也有几十种。阅读相关杂志，你会发现，在新的或反复出现的问题及其检测、工艺和设备形式的解决方案以及对焊点可靠性的关注方面，焊料占据了主导地位，焊点仍然是电子产品故障的主要根源。
为了帮助那些对电子互联产业尚不熟悉的同行（而且不断有新的人进入这个行业），我相信有必要回顾一下焊料发展到目前状况的历程，以便于读者了解详情。本文仅代表我的观点，但希望对行业具有警示意义。
2006年，欧盟立法禁止在电子焊料中使用铅。《在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令》（RoHS）中涵盖了这一规定。RoHS指令限制使用一些在某些情况下可能有毒的自然产生的元素，以及一些通常用作阻燃剂的人工合成有机化合物，这些化合物被证明可能与癌症有关。
RoHS指令被认为是一种既能保护环境又能保护欧洲公民（可能还有世界其他国家公民）健康的潜在手段。然而，大多数备受关注的努力和推广目标都是打着“无铅”的旗号来完成的。这可以说是因为铅长期以来被认为是危害儿童健康和发展的潜在有毒元素，主要是由于摄入了含铅颜料的颜料片，而这些颜料尝起来有甜味。（罗马人过去常常把葡萄酒放在铅容器里以增加其甜度，就是因为铅很容易溶于醋，而在这个过程中形成的醋酸铅的俗称是“铅糖”。）
虽然油漆和汽油中的铅绝对是摄入和中毒的媒介，但几乎没有证据表明电子焊料中的铅有可能会流向儿童（或成人）。在亚洲和南亚，那些不幸的工人受伤是一个例外，他们被指派回收电子产品，而没有接受任何教育、培训，也得不到工具或防护装备来完成这些任务。指派工人的人既蓄意算计，冷酷无情，又不人道，但对他们来说，非常有利可图。
但因此开启了无铅时代，从那时起，无铅一直是一个赚钱机器，持续创造利润，因为这是一项永远不会有单一解决方案的任务。有太多的变量需要控制，有太多的人追求“完美”的解决方案。我认识行业里一些非常受人尊敬的朋友和同事，他们年复一年地试图解决这个问题，但是像那些玩着有趣但阴险的游戏“打鼹鼠”的人一样，他们不太可能赢，因为人们永远不知道什么时候会找到下一个最好的东西，以让一切都变得完美。目前为止尚未找到。相反，由于充满了各种各样可能的解决方案，焊料领域只是变得更加混乱了。
尽管如此，为了帮助电子互连行业的新众，下文将详细叙述为什么绝不应采用无铅焊料的一些重要原因，以便这些新人在他们自己手持木槌踏上舞台，在玩“打鼹鼠”游戏给出最好的一击时，可以对这些原因进行思考和反思。我想当人们深究这些原因时，可能会自问，“无铅焊料到底是灵丹妙药，还是流行病？”
原因1
在禁令颁布时，电子焊料中的铅约占铅全球总使用量的0.5%。以如此大规模和压倒性的立法力量打击如此小的数量，无疑等于用猎枪消灭蚊子。
原因2
电子焊料中的铅从未被证明会因正常使用和标准合理的卫生习惯而对个人造成任何伤害。（如果读者有相反的数据，敬请毫不犹豫地与我分享，以便我可以更正。）
原因3
电子焊料中残留的铅最终会被填埋，但并没有被证据表明会渗透到地下水中。甚至多年来，这种遗留的铅来自许多其他来源，如电池和油漆结构，当时所做的研究表明，除少数几个垃圾填埋场外，全国各地都有大量的铅析出，但这些垃圾填埋场的大量废物来自附近高铅使用行业[1]。
原因4
大多数无铅焊料含有大量的银（约为3%~4%），银对微生物和鱼类幼虫有毒。这一点常常被忽视，也许是因为人们认为银会被重新收集和回收。
原因5
无铅化的全球转换成本可能达到了1000亿美元或更多，但却没有收获真正的回报[2]。转换成本到今天仍在持续上升。
原因6
无铅焊料通常需要更高的温度进行焊接，这意味着需要更多的能量，并且将持续需要更多的能量。所需的更高温度也会对PCB材料的选择以及PCB和半导体器件和其他元器件的可靠性产生负面影响。
原因7
无铅焊料的确切可靠性至今仍难以确定。行业持续推出一种合金又一种合金，以不同程度的成功应对组装挑战，随着时间的推移，它们的性能如何仍然是一个不确定因素，因为有许多影响（开裂、空洞、锡晶须[3]等）-在许多情况下，都仍然存在，而行业对这些影响既未了解透彻，也无法做出预测。
原因8
当时，来自两所大学[4]和美国环保署[5]的几项早期研究（大部分被忽视）表明，总体而言，无铅电子产品似乎比使用锡铅焊料的电子产品更不环保。而且铅的主要危害是它的毒性，对于作为金属或合金中的铅来说，除非直接摄入，否则不太可能造成伤害。（最常见的铅盐、氢氧化物、氯化物和硫酸盐不溶于水和许多酸。）
原因9
军事和航空制造商仍在继续使用传统的锡铅焊料，这些制造商因其产品必须具有最高的可靠性而被豁免，这导致了一种双重路径，造成了持续的物料供应问题；随着锡铅成品元器件的来源不断减少，这一点正变得越来越具有挑战性。
原因10
由于工程师们从解决真正的技术问题转向解决大多数科学家认为根本不存在的“铅问题”，互连创新仍然举步维艰。
原因11
锡资源一直明显低于铅资源；因此，在敌对派系为争夺对锡资源的控制权而拼死核战争的地区，往往会开设新的锡矿。同样非常不幸的是，在雨林中发现了一些最丰富的锡矿，必须明确指出的是，开采这些锡矿床会导致全球变暖。
原因12
《废弃电子电气设备（WEEE）条例》的规定要求回收电子产品，使电子产品中铅的所有担忧完全没有意义。
结论
正如永恒的格言所说，“通往地狱的道路是由良好的意愿铺就的（愿望虽美好，结果却事与愿违）。”如果你在努力使你的产品更好、更可靠的过程中能感受到人们的狂热度，在目标实现时，你会对整个历程留下深刻的印象。然后，正如Winston Churchill的智言，“当你经历地狱时，继续向前（纵使前路荆棘，也要勇往直前）!”
编者按：欢迎阅读Joe Fjelstad编写的《电子产品的无焊组装：安全方法》电子书，以考虑采用另一种方法来制造无焊料的电子产品。可访问观I-007eBooks.com网站下载该电子书和其他免费电子书。
Joe Fjelstad是Verdant Electronics公司的创始人兼首席执行官，是电子互连和封装技术领域的国际权威人士和创新者，拥有185多项已颁发或正在申请的专利。如需阅读往期专栏或联系Fjelstad，请单击此处。
References
- C. Munie, L. Turbini, D. Berneir, J. Gamalski, & D.W. Bergman, "Examining the Environmental Impact of Lead-Free Soldering Alternatives,” Proceedings of IEEE International Symposium on Electronics and the Environment, San Francisco, California, May 2000.
- Miller, “Lead-free Electronic Solder, Why?” InfraFOCUS, 2002.
- nasa.gov/WHISKER
- Turbini, “The Real Environmental Cost of Lead-Free Soldering,” Solid State Times, Volume 4, Issue 3, July 2002.
- “Solders in Electronics: A Life-Cycle Assessment,” U.S. Environmental Protection Agency August 2005.
- Hodal, “Death Metal: Tin Mining in Indonesia,” The Guardian, November 23, 2012.
