由于 RoHS 指令和 REACH 等法規(guī)，許多地區(qū)長期以來一直禁止使用鉛或需要額外的文書工作。豁免仍然有效，但即將到期或即將到期。與其假設(shè)豁免將被延長，不如現(xiàn)在就尋求面向未來的替代方案。

第一個(gè)無鉛組件已經(jīng)上市。Würth Elektronik ICS是該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一，它是基于 PCB 的系統(tǒng)解決方案和大電流傳輸組件的供應(yīng)商和制造商。這些主要用于汽車行業(yè)，但也用于其他工業(yè)部門，例如可再生能源。

對(duì)于這些目標(biāo)市場(chǎng)，一個(gè)明確的要求是“線對(duì)板”和“板對(duì)板”等連接提供最大的耐用性和抗振性。憑借其 Powerelements，該公司開發(fā)了用于印刷電路板上高達(dá) 1,000 A 的大電流連接的觸點(diǎn)，由于它們使用的壓接技術(shù)，這些觸點(diǎn)具有出色的機(jī)械和電氣性能。與焊接技術(shù)相比，由于引腳和 PCB 之間的接觸電阻較低，它們?cè)诟唠娏飨卤憩F(xiàn)出出色的熱性能。

加工黃銅

長期以來，含鉛加工黃銅 (CuZn39Pb3) 是Würth Elektronik ICS在其 Powerelements 生產(chǎn)中的首選材料。使用鉛作為大約 3% 的微量成分可確保良好的斷屑和易于潤滑。這減少了摩擦，從而減少了加工過程中產(chǎn)生的熱量。

根據(jù) RoHS 指令附件 III 中的豁免 6c 條款，仍允許使用質(zhì)量含量高達(dá) 4% 的銅合金。

然而，與其他豁免一樣，這種豁免正在逐漸減少。在指定的過渡期結(jié)束時(shí)，材料中鉛含量超過 0.1% 限制的電氣和電子設(shè)備可能不再在歐洲銷售。

正如預(yù)期的那樣，歐盟委員會(huì)收到了許多再次延長豁免的請(qǐng)求。因此，一些制造商指望另一個(gè)擴(kuò)展。然而，這種策略有其風(fēng)險(xiǎn)。如果鉛禁令成為永久性的，原始設(shè)備制造商可能很快就會(huì)面臨必須以巨大的成本和費(fèi)用重新設(shè)計(jì)其電子組件的挑戰(zhàn)。

未來情景

電子行業(yè)一個(gè)典型的產(chǎn)品大約需要三年的時(shí)間來開發(fā)，生命周期大約是七年。但是，如果 RoHS 指令的豁免 6c 沒有延長到過渡期之后會(huì)發(fā)生什么?延長延期對(duì)制造商有什么好處?

場(chǎng)景 1：假設(shè) RoHS 指令的豁免 6c 不再延長。如果發(fā)生這種情況，日落階段將開始，包括 12 到 18 個(gè)月的過渡期。最遲到 2022 年底或 2022 年年中，新生產(chǎn)的含鉛電氣和電子設(shè)備將不再銷售。對(duì)于沒有應(yīng)急措施來應(yīng)對(duì)這種可能性的制造商來說，這可能是毀滅性的。

情景2：豁免再延長三到四年。從今天的角度來看，制造商仍有足夠的時(shí)間轉(zhuǎn)向無鉛產(chǎn)品并獲得無鉛認(rèn)證。仍然使用含鉛成分的產(chǎn)品必須在周期中期停止銷售。

自 2002 年首次發(fā)布 RoHS 指令以來，鉛在均質(zhì)材料中的使用量被限制在最多 0.1%(重量)。18 年來，銅合金的豁免一再延長。Würth Elektronik ICS 的專家認(rèn)為，進(jìn)一步延長超過五年的可能性不大，因此建議制造商現(xiàn)在考慮轉(zhuǎn)向無鉛替代品。作為一項(xiàng)規(guī)則，每個(gè)新產(chǎn)品都應(yīng)使用無鉛元件。

有替代品

遲早，豁免 6c 將不再有效。鑒于此，Würth Elektronik ICS很早就開始探索用于 Powerelements 的無鉛替代品，并與知名的初級(jí)材料制造商密切合作。研究并測(cè)試了不同的無鉛材料的機(jī)械和電氣性能。例如，進(jìn)行了測(cè)試以確定硅、錳、鐵、鎳、磷和銦對(duì)機(jī)械和電氣性能的影響。

決定使用 Wieland-Werke AG 的無鉛黃銅。該材料是新型 Wieland ecoline 合金系列的一部分，是與來自不同行業(yè)的多家公司合作進(jìn)行的長期深入研究和開發(fā)項(xiàng)目的成果。這些合金滿足關(guān)于機(jī)械加工性和成型性的嚴(yán)格要求，以及管理各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的個(gè)別法規(guī)。Würth Elektronik ICS現(xiàn)在使用 Wieland 的幾種無鉛材料來生產(chǎn)其新的、可持續(xù)的無鉛LF Powerelements產(chǎn)品線。

選擇合適的材料后，Powerelements 無鉛生產(chǎn)線開發(fā)過程中最重要的里程碑是加工工藝的優(yōu)化。為此，必須優(yōu)化切割幾何形狀和速度等生產(chǎn)參數(shù)并選擇必要的工具——所有這些都必須考慮到成本。

在開始批量生產(chǎn)之前，對(duì)無鉛材料進(jìn)行了機(jī)械加工(壓接和焊接)和可用性測(cè)試，特別是組裝接觸元件的機(jī)械和電氣性能。除其他外，該資格包括對(duì)壓入力、拉出力、可焊性、扭矩和降額的調(diào)查，以及環(huán)境測(cè)試、顯微照片測(cè)試和振動(dòng)測(cè)試。

可以開始轉(zhuǎn)向無鉛

在“讓它成為無鉛”計(jì)劃開始時(shí)，Würth Elektronik ICS 分析了作為新標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品線一部分的無鉛大電流觸點(diǎn)解決方案的初始應(yīng)用。由此產(chǎn)生了一系列組件變體，例如單件和兩件式動(dòng)力元件、可插拔動(dòng)力元件和用于 SMT 組裝的動(dòng)力元件，旨在以最佳方式滿足市場(chǎng)需求。

該標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品組合現(xiàn)在正在逐步擴(kuò)展，可在Würth Elektronik ICS?Powerelements 在線商店購買，您還可以在其中找到有關(guān)無鉛產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)或索取免費(fèi)樣品。如果客戶有任何特殊要求，制造商還為他們提供量身定制的無鉛解決方案。

背景：鉛的監(jiān)管指南

? RoHS(有害物質(zhì)限制)：歐盟 RoHS 指令 2011/65/EU 的目的是限制在電氣和電子設(shè)備中使用某些有害物質(zhì)，以盡量減少這些物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。RoHS 可作為全球相關(guān)區(qū)域法規(guī)的指南。作為一種受 RoHS 指令限制的物質(zhì)，鉛在均質(zhì)材料中的最大允許濃度為 0.1%(重量)。“鉛含量不超過 4% 的銅合金”在豁免 6c 中是允許的。該豁免于 2021 年 7 月 21 日正式到期。但是，最終決定的過程被推遲到 2022 年。

? REACH(化學(xué)品的注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制)：EC 1907/2006 規(guī)范化學(xué)物質(zhì)及其混合物的制造、投放市場(chǎng)和使用。2018 年，鉛被添加到高度關(guān)注物質(zhì) (SVHC) 清單中。因此，根據(jù) REACH 法規(guī)第 33 條，需要提供沿供應(yīng)鏈的信息的義務(wù)。如果半成品或其他產(chǎn)品使用含鉛量超過 0.1% 的銅合金制造，則必須在交貨時(shí)報(bào)告。

? ELV(報(bào)廢車輛)：指令 2000/53/EC ELV 規(guī)范了歐盟內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛的材料回收。在這里，0.1% 的最大限值也適用于鉛。允許最大鉛含量為 4% 的銅合金獲得豁免。這項(xiàng)豁免將于 2021 年進(jìn)行審查。

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