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文章摘要：传统Sn-Pb焊料广泛应用于电子、汽车、家电等产品中，但是，铅对人体极为有害，特别是污染水源，长期引用含铅的水会引发人体精神障碍、身体功能紊乱、贫血等铅中毒症状。近年来，含Sn-Pb焊料的电子产品废弃物剧增。且回收困难。传统上采用的填埋处理法污染水源，对人畜生

关健字:Sn-Zn 无铅焊料
鉴于此，工业发达国家已纷纷立法限制含铅焊料的使用。如1990年美国联邦参议院通过"Lead Exposure Reduction Act S2637 and S729"；欧共体也通过了立法WEEE（Waste Electrical and Electronics Equipment），要求在汽车制造及电子产品中全面禁止含铅焊料的应用，日本1998年制定的《家电回收法令》（The Home Appliance Recycling Law），限制含铅焊料的使用，这些法案极大的推动了无铅焊料的研究与应用，相比之下，我国的步伐相对滞后，但也已启动相应的措施，中国国家经贸委在2002年提出我国在未来几年内对诸如焊料中含铅的环保等问题采取行动；我国信息产业部及其有关部门一起着手制定在2006年七月一日全面禁止含铅焊料的使用法规。

与此同时，工业发达国家的企业在无铅焊料研发的过程中，不仅在所在国，而且在中国进行了大量的专利申请，进行专利战略，以达到市场竞争中占领制高点的目的，众所周知，我国电子产品的消费市场巨大，而且正日益成为电子产品出口大国，如果不重视无铅焊料专利技术的开发及专利?；?，将重蹈"稀土钕铁硼"的覆辙。本文对Sn-Zn无铅焊料在中国的专利申请进行了较为详细的研究分析，以期对我国Sn-Zn无铅焊料的研究及专利?；ど嫌兴镏?。

2 合金材料类专利的特点

专利权是国家按专利法授予申请人在一定时间内对其申请的发明创造所享有的独占的实施权利，未经权利人许可的为生产经营目的的制造、使用、许诺销售、销售、进口其专利产品，或者试用其专利方法以及使用，许诺销售、销售、进口依照其专利方法直接获得的产品都是被禁止的，对合金材料类专利而言，内容主要集中在成分配方及制造工艺方面，对成分作为必要技术特征而言，如果某企业以商业目的制造、销售、进口了被专利?；さ闹饕际跆卣鞲哺堑牟牧辖鹎秩ㄐ形?。

3 Sn-Zn无铅焊料的专利申请及研究现状

据不完全统计，目前在中国申请的无铅专利共有69项，而国外申请的就有22项（其中日本8项、美国8项、韩国4项、澳大利亚1项、荷兰1项）。无铅焊料当中的Sn-Zn系由于其熔点接近Sn-Pb系焊料，具有较高的机械强度、可兼容现有的工艺设备、Zn资源丰富、价格低廉等优点，是无铅焊料研究中的热点之一。申请的相关专利有21项（其中中国17项、日本3项、韩国1项），从申请时间上来看，最早在中国申请无铅焊料专利的是日本和韩国，韩国在1995年、日本在1998年就在中国有了Sn-Zn无铅焊料方面的专利申请，而中国到了2001年才在Sn-Zn无铅焊料专利数量和成分上的申请有了很大的进展，从申请人来看，国外的大多是有雄厚经济基础和技术实力的大型企业，中国则集中在高校，而企业较少，另外，国外特别是日本在中国申请的专利项目多、成分范围广，不仅在数量上占有优势，质量上有占优势。

Sn-Zn无铅焊料在应用上尚存在较多问题，一般由于该系列焊料中的Zn元素反应活性较大，易发生选择性氧化，从而导致Sn-Zn为无铅焊料容易氧化、耐腐蚀性交叉以及焊膏不易保存；二是该系列焊料抗氧化性较差和合金本身原因，它的润湿性相对较低，应用受到限制；三是Sn-Zn无铅焊料焊接工艺性和接头外观不如Sn-Pb焊料，从目前的专利文献看，Sn-Zn无铅焊料的研究主要集中在添加合金元素和性能的简单测试上，而在材料的物理结构和长期服役性能测试方面作的研究较少，另外，与焊料相关的助焊剂、焊接设备发展缓慢，因此，必须进一步探索研究Sn-Zn无铅焊料的机理，开发新型Sn-Zn系无铅焊料并开发新型助焊剂，改良焊接设备，从而改善其综合性能并扩大应用范围，这些申请专利的Sn-Zn无铅焊料，针对这些存在的问题开展研究已有一定的效果，但问题并没有得到全面的解决，从解决存在问题及专利获权方面开展Sn-Zn深入研究，并形成我国更具有自主知识产权的Sn-Zn为无铅焊料，可开展工作的空间亦很大。

4 申请专利的Sn-Zn无铅焊料成分及各元素作用

表1所示为部分申请专利的Sn-Zn无铅焊料的统计，从这些申请案来看，Sn-Zn无铅焊料中添加合金元素种类繁多，各元素的含量和所起的作用也各不相同：Zn可降低焊料的熔点，但Zn含量高于9%后，熔点重新提高。因此，大多数Sn-Zn焊料的含Zn量在12%以下，Bi可降低Sn-Zn合金的液相线和固相线，改善焊料的润湿性能、抗腐蚀性能、降低焊料熔化温度，但过多的Bi会增大结晶温度范围，可能导致焊点形成热裂纹、降低焊点塑性、增大合金脆性，因此Bi的含量一般控制10%以内。Cr元素有着良好的耐腐蚀和抗氧化作用；另外，Cr与Zn可形成较稳定的Zn13Cr、Zn7Cr等金属间化合物，可进一步稳定焊料中的Zn，降低其反应活性，Ti、Al元素具有能使焊料容易与氧化物焊接的优点，但当其含量少时效果不明显，而含量过高又很难确保焊料的耐热循环，Cu的添加能够发挥提高焊料机械强度、增大焊料铺展面积的优点。Sn-Zn系无铅焊料中还添加少量的Ag、In等贵金属元素和微量的RE、P等元素来改善焊料的某些性能，总的来说，Sn-Zn无铅焊料所申请的合金成分都包含一个很宽的范围，Sn-Zn系无铅焊料根据添加的合金元素可细分为：Sn-Zn-Cr、Sn-Zn-Ni、Sn-Zn-Bi、Sn-Zn-In、Sn-Zn-RE、Sn-Zn-Cu、Sn-Zn掺杂合金等种类。

5 申请专利的Sn-Zn无铅焊料特点及应用障碍

从特点上看，目前所研发的Sn-Zn无铅焊料大多通过添加一种或多种合金元素，采用不同的熔炼工艺形成一种新的无铅焊料，这种新的焊料在物理性能（熔点、铺展性能、润湿性能、导电导热性能）、机械性能（抗拉强度、延伸率、疲劳特性、焊接强度）、化学冶金性能（抗氧化、耐腐蚀性能）等方面和传统的Sn-Pb焊料相当，某些性能由于传统Sn-Pb焊料，可满足某些组装形态的需要，从合金元素来看，专利Sn-Zn无铅焊料所添加的元素有无铅焊料中常用的Ag、In、Bi、RE等，也有加入少量的焊接基体材料Al、Cu、Ni等，甚至加入非金属元素P以及Cr、Ti、Co等来改善焊料的某些性能，申请专利的Sn-Zn无铅焊料添加元素的种类大多超过了三种，并且有向更多元素发展的趋势。

从应用上看，目前Sn-Zn无铅焊料尚存在一定困难：首先，Sn-Zn无铅焊料合金大都通过添加Ag、Bi、In、P、RE等多种元素来满足焊料的性能要求，有些合金元素资源稀少，价格昂贵，这增加了焊料的成本；其次，添加多种合金元素造成冶炼过程中合金元素添加困难，提高了熔炼工艺的技术要求；第三，申请专利的Sn-Zn无铅焊料在性能上的测试缺乏确切的实验数据，这些焊料在实际应约中缺乏安全性；最后，Sn-Zn无铅焊料目前还没有一种解除专利?；?，只能在获得授权后实施。

6 Sn-Zn无铅封装的其他专利及应用情况

日本板硝子株式会社开发的申请号为00800883.3的Sn/Zn=4.0-19.0，同时含0.001%-3.0%Ti的无铅焊料[15]，对热膨胀系数大的玻璃、陶瓷等氧化物材料有很大的焊接强度，东南大学开发出一种成分为5%-9%Zn、0.5%-4%Bi、0.01%-0.5%Nd、余量为Sn的无铅焊料制成的焊膏[6]，该焊料熔炼工艺简单、保存稳定，抗氧化性能好，另有一些Sn-Zn焊料用来焊接高分子材料及高分子基复合材料和特殊要求的电子器件和仪器。当然，在Sn-Zn无铅焊料推动下相关的焊料熔炼设备，熔炼方法以及焊接设备等也在申请专利。

7 结束语

目前，工业发达国家的无铅化立法以及无铅焊料的专利战略已对我国电子产品的出口构成了巨大的压力；同时大量的外国公司在中国申请无铅焊料专利又对我国在本国无铅焊料的研发、生产、销售乃至市场，以及无铅焊料在电子产品上的应用构成冲击，因此，我国应加强以企业为无铅焊料专利技术研发主体，形成自主知识产权，以保住本国市场。Sn-Zn无铅焊料的熔点较低，最有可能在较小改变和不改变现有工艺及设备的条件下取代传统Sn-Pb焊料，而且由于Sn-Zn无铅焊料尚有许多亟待解决的理论及工程问题，从形成专利技术的角度进行研发的空间很大，应在已有基础上加大力度，集中力量，以构建我国自主知识产权的Sn-Zn无铅焊料的战略高地.