1998年，松下在全世界首次實現無鉛焊錫的實用化。在消費類電子產品的無鉛化已變得相當普遍的今天，該公司又邁出了新的一步，開發出了在汽車發動機室附近也可使用的新型無鉛焊錫。本文將由松下的技術人員親自執筆，介紹一下這種新材料帶來的沖擊及其開發歷程。

松下開發出了可在150℃高溫環境下使用的無鉛焊錫。實驗證實，即使實施3000次從-40℃至150℃的耐熱循環試驗之后，也能夠確保接合部的導通性。焊錫材料的成分為Sn-Ag-Bi-6In(Sn-3.5Ag-0.5Bi-6In)。

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焊錫的熔融溫度為202～211℃，可用于普通基板安裝。能夠在150℃高溫環境下使用的無鉛焊錫尚屬世界首例。

用于基板安裝的代表性無鉛焊錫Sn-3Ag-0.5Cu(熔融溫度約220℃)一般只能在100℃左右的溫度環境下使用。因此，此次的焊錫有望大大推動原來無法使用無鉛焊錫的領域走向無鉛化(圖1)。

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圖1：耐用范圍大幅擴大

此次開發的無鉛焊錫可在車載要求最嚴格的發動機室內(150℃)使用。在消費類電子產品的溫度環境( 100℃)下使用時，耐用年限延長約3倍。

給多方面帶來沖擊

此次開發的無鉛焊錫尤其有望對溫度條件要求嚴格的車載設備領域的無鉛化做出巨大貢獻。比如，有望使期望設置在發動機室內以及發動機室附近的安裝基板實現無鉛化。

另外，在應用于在100℃以下環境中使用的普通電子產品(消費類產品)時，新材料還具有可使焊錫接合部的壽命(接合壽命)達到以往約3倍的優點。而且，由于導通特性的劣化較少，可使接合面積更小，因此還具備可高密度安裝的特點。

有望改變汽車的設計概念

松下正在考慮將此次的無鉛焊錫應用于車載設備。首先以推出車載馬達商品為目標。

在歐盟(EU)實施RoHS指令的背景下，電類產品的無鉛化進展順利，目前世界的關注點正在向汽車無鉛化轉移。隨著汽車電裝化而增加的車載設備要求使用具備高可靠性的無鉛焊錫。不過，能夠在高溫環境下使用的無鉛焊錫技術迄今尚未確立，因此在歐盟ELV(End of Life Vehicle)指令中，安裝基板使用的鉛一直被列為限期豁免對象。2000年頒布的ELV指令自實施后經過數次修訂，目前相關豁免期限已延期到了2015年底。

此次開發的無鉛焊錫在有望徹底改變這一狀況的同時，還蘊藏著大大改變汽車設計概念的可能性。比如，使汽車的重要制控裝置ECU(Engine Control Unit)可輕松配置在發動機附近。ECU從安裝在發動機附近的各種傳感器接收信號，驅動同樣安裝在發動機上的各種致動器。因此需要用電布線在ECU與傳感器之間以及ECU與致動器之間進行連接。但將ECU配置在發動機附近時，會受到發動機熱量的影響，導致安裝基板的焊錫接合部劣化，因此原來還需要加長電布線，將ECU配置在遠離發動機的位置上。

而使用耐熱性高的此次無鉛焊錫，可使ECU離發動機更近。這樣電布線就會比原來變短，從而實現輕量化，提高汽車燃效。

與原來的無鉛焊錫相比，此次的無鉛焊錫可實現高密度安裝，也可為輕量化做出貢獻。原因在于可使安裝基板小型化。目前，隨著汽車向混合動力車(HEV：Hybrid Electric Vehicle)、電動汽車(EV：Electric Vehicle)及燃料電池車等發展，行駛距離受到電池性能的限制，成為一大問題。因此，包括車身鋼板、玻璃、樹脂部件、安裝基板及電布線等在內，削減車輛總重量今后變得愈發重要。而此次的無鉛焊錫可成為實現這一點的手段之一。

課題是合金成本……

此次的無鉛焊錫的最大課題是合金成本(表1)。原因在于使用了價格昂貴的In。Sn-3Ag-0.5Cu的合金成本為每kg約6000日元，而此次的無鉛焊錫為每kg約1萬日元。

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下面嘗試計算每塊安裝基板的成本。雖然還要看基板的尺寸如何，但焊錫的使用量為每塊基板0.5～1.0g左右。也就是說，每塊基板的合金成本從3～6日元變為5～10日元，增加了2～4日元。

不過，如前所述，此次的無鉛焊錫可縮短ECU的電布線，使安裝基板小型化。可以說，這些成本削減效果為吸收合金成本的增加部分帶來了空間。

審核編輯：湯梓紅