2006年2月7日
铅长期以来被认为是一种剧毒物质，可导致大脑损伤。它在1978年被禁止用于油漆，后来从汽油中去除，以进一步保护人类健康。但是，随着铅和其他化学物质从埋在垃圾填埋场的电脑、手机和其他电子设备中渗出，电子废物这一新兴来源对环境构成了新的重大威胁。
从7月1日开始，欧盟将严格限制销售的任何电子设备电路中潜在的铅和其他有害物质的含量。然而，考虑到电子行业的全球性，欧洲的禁令在本质上是国际性的。随着电子和电器制造商争相满足这些严格的新限制，美欧洲杯足球竞彩国国防部开发了一种无铅焊料能源的艾姆斯实验室发挥着关键作用。
焊料是一种闪亮的金属“胶水”，用于将元件固定在电路板上并连接其他电气连接。虽然计算机的电路板只含有少量的铅焊料，但问题在于整体体积。据估计，仅在美国，每天大约有3000吨电子垃圾被丢弃——每个男人、女人和孩子大约有2磅。
由铅和锡组成的传统焊料容易熔化和流动，但快速安装，以在配合表面之间创建一个牢固、持久的粘结。焊料由63%的锡和37%的铅混合而成，形成了一种共晶合金——一种像纯金属一样具有单一熔点(和固定点)的合金。
艾姆斯实验室的高级冶金学家Iver Anderson说:“很难找到一种能使焊料具有类似性能的铅替代品。”“根据我们对合金的基本了解，我们开发了一种锡-银-铜合金，与其他正在考虑的无铅合金相比，它提供了更低的熔化温度和更高的强度。”
爱荷华州立大学研究基金会(Iowa State University Research Foundation)执行董事肯·柯克兰(Ken Kirkland)表示，艾姆斯实验室的焊料技术在1996年获得了专利，全球已有60多家公司批准了艾姆斯实验室的无铅焊料。到目前为止，这些授权已经产生了超过500万美元的版税。
ISURF拥有爱荷华州研发的专利，包括艾姆斯实验室，该实验室通过与ISU的合同为能源部运营。
Kirkland说:“随着欧洲的指令和日本类似的商业行动，我们看到人们对这种合金的兴趣越来越大。”“这项技术有点超前于当时的时代，但它是一款优秀的产品，我们拥有强大的专利;没有比这更好的组合了。”
艾姆斯实验室焊料只是市场上几种无铅替代品之一。无铅焊料的类型和具体成分还取决于所用的焊接技术和最终应用。除了锡-银-铜合金，安德森的研究小组还开发了含有铁、钴和其他类似元素的改性合金。该混合物适用于更高温度的应用，并已获得ISURF的专利。
目前可用的无铅替代品的一个持续存在的问题是，在重复或延长加热周期后，随着时间的推移，有变脆的趋势。随着技术进步提高了工作温度，热量已成为一个增长因素。例如，计算机处理器速度的稳步攀升意味着它们产生的热量相应增加。计算机并不是唯一产生热量的设备。
安德森说：“即使你手机中的电路工作温度也在125摄氏度左右，使用六个月后，这可能意味着要经历几百个小时的高温。如果你现在把它放下，焊点会变得更脆，而且“断裂”的风险更高。”
为了解决这种焊料“老化”问题，安德森的团队最近一直在研究锡银铜配方中的更多添加剂，包括硅、钛、铬、锰、镍、锌和锗。用不同合金焊接的接头在150℃下经受1000小时，然后测试剪切强度和冲击强度。
安德森说：“就保持延展性和强度而言，锌似乎最具吸引力，而且在可焊性、合金化容易性和材料成本方面也具有优势。”他补充说，虽然需要进行额外的测试，但锡-银-铜-锌复合物包含在原始专利中。
这一最新工作的另一个好处是发展了一种使用电子微探针来表征焊点大块组成的简单技术。这使得安德森的研究小组可以在不同的焊接条件下分析正在研究的新成分。
安德森说：“随着铅的消除，锡银铜焊料将长期存在。”。“但这并不意味着我们将停止努力提高对这些合金如何工作的基本理解，以提高其性能。”
http://www.ameslab.gov