欧盟RoHS指令的发布和实施,将会给全球军用市场带来显著影响。目前,代替锡铅焊料的无铅产品在抗机械疲劳能力、长期储存可靠性等方面仍然存在问题,无法达到锡铅焊料的水平。因此,军用电子设备对RoHS指令具有豁免权。
无铅产品面临的可靠性问题:铅一直用于主要由锡组成的焊料中,加入铅可以使焊料更软、更可靠。电子元器件和电路板经过焊接后在加热和冷却时会以不同的速率膨胀和收缩。连接他们的焊点必须能够适应这种不同的速率膨胀和收缩。剔除锡后会危及焊点的完好性,焊接可能较脆弱,在军用和航空环境常见的极端温度变化环境下,会增加失效的风险。
除了焊接以外,使用无铅焊料会影响整个制造过程,从而进一步带来整个印制电路板及其部件的可靠性问题。无铅焊料一般要求更高的工艺温度(217℃,高于锡铅焊料的183℃),这会在生产过程中给基板带来更多的应力。
转用无铅焊料带来的另一个后果——锡须,则是军用和航空系统目前最为关注的问题之一,锡须是一种金属结晶现象,表现为锡生长出细小的导电丝,微观状态下状如头发。由于它们是导电的,因此当其长的足够长时,就会在金属区之间产生不应有的电连接,使器件和整个系统短路。锡须现象虽然很早就已经发现,但对引起此现象的具体化学和原子机理到现在还不完全了解。目前所了解的是环境对它们的生长有影响,尤其在机械应力下。在制造引线框、生成器件、粘接基片、覆以环氧树脂、弯曲引脚并切割等加工工艺步骤所带来的机械应力都会造成锡须(或锡的分子)从器件上向不同的方向生长。热应力和压力应力也会促使其生长。焊料中如果铅的含量达到3%以上就可以抑制锡须的形成。但这是RoSH指令所不允许的。
锡须对使用环境更恶劣、使用周期更长和可靠性要求更高的军用和航空系统而言是个很大的问题,对于数年或十几年搁置不用的军用系统(如智能弹药)则更为严重。据记载,目前已有多起有锡须引起的故障事件,包括Galaxy-3卫星、F-15喷气战机雷达和爱国者导弹。
各种研究表明,目前锡铅焊料的替代材料在可靠性方面还无法完全达到原锡铅产品的水平,因此还无法满足对可靠性有严格要求的军用和航空系统的要求。目前许多关键系统(包括NASA)都禁止使用无铅产品,RoHS指令也对军用和航空系统给予豁免权,允许其继续使用含铅焊料。