低温合金实现可持续焊接
了解低温焊料（LTS）技术如何助力降低能耗、削减二氧化碳排放，同时提升产品可靠性。
前言
减少二氧化碳排放是全工业领域的核心挑战。INCIT（2026）数据显示，电子行业的迅猛发展引发了严峻的环境问题，其温室气体排放量占全球总量的4%。鉴于2030年全球电力需求预计将增长30%，电子行业亟需提升能效，以实现更高水平的可持续发展。通过在元器件组装环节广泛应用先进焊接技术，电子行业可大幅降低全流程能耗，提升可持续性。
低温焊料（LTS）技术最初为保护热敏元器件免受热损伤而研发，现已成为焊接环节降能耗的有效方案。该技术在确保工艺高可靠性与灵活性的同时，有效削减了设备、人力及维护成本。
本文旨在剖析麦德美爱法OM565[1]焊锡膏搭配无铅HRL3[2]合金的特性，重点评估其可靠性及降低碳足迹的潜力。
低温焊接技术的历史与发展
在法规强制规定向“无铅化”工艺转型后，电子行业普遍采用以锡（Sn）、银（Ag）、铜（Cu）为基础的SAC合金[3]焊锡膏，具备优异的机械性能与热性能。然而，此类合金需在240°C至250°C的高温下进行回流，存在诸多固有弊端：
- 高能耗： 达到并维持高温工艺条件，推高了运营成本与碳足迹。
- 设备损耗： 高温加速回流炉与焊接设备的磨损，导致维护需求增加。
- 元器件热应力： 较高的热应力易导致元器件与基板性能退化，引发翘曲及过早老化。
特别是将回流工艺峰值温度降至200°C以下，能显著降低热应力，从而规避缺陷、提升可靠性。这一优势在"堆叠封装"（PoP）等应用中尤为关键。
早期，LTS合金的研究主要聚焦于热敏元器件的组装。早期研究重点集中于两种低熔点金属：
- 铋（Bi）： Sn42-Bi58合金熔点为138°C，但该金属脆性突出。易断裂而非形变，限制了其在电子领域的应用。为此，开发人员推出了Sn-Bi-Ag等配方（例如42Sn-57.6Bi-0.4Ag），进一步优化性能并提升抗疲劳能力。
- 铟（In）：Sn52-In48配方熔点为118°C，延展性优于铋合金。但其主要劣势在于铟的市场价格极高且波动剧烈[4]。
研究人员随后开发出如麦德美爱法HRL3等新型复杂多组分合金配方。该合金配合OM565焊锡膏，已入选欧盟“地平线”计划资助的CIRC-UITS项目，致力于推动电子行业的可持续发展与循环经济。
能耗与环境影响
采用LTS技术可在焊接工艺中显著降低能耗与成本。将回流温度从250°C降至190°C或175°C，单次生产即可实现超30%的节能效果。
能耗的降低直接转化为二氧化碳（CO₂）排放量的大幅削减，有力助推可持续发展目标的实现。此外，低温工艺减轻了元器件与基板的热应力，提升了产品的长期可靠性。同时允许采用玻璃化转变温度（Tg）更低的印刷电路板（PCB），进一步节约材料成本。
以单台焊接系统为例进行简单测算：
工程师需针对熔点超过220°C的SAC合金焊膏设定工艺温度。在预热阶段（高于180°C）及峰值阶段（高于250°C），功耗超过20千瓦时，CO₂当量排放逾42千克。相比之下，使用熔点为146°C的OM565焊膏，工艺温度大幅降低，预热仅需140°C，峰值温度控制在175°C，功耗仅略高于14千瓦时，CO₂当量排放降至29千克。
从全生命周期视角来看，数百万级量产累积的节能效果极为可观。对于日产数千块电路板的的制造商而言，这意味着每年可节省数兆瓦时（MWh）的电力，从而显著降低环境影响。
低温合金的可靠性
在汽车应用领域，低温合金（LTS）的推广一直面临着可靠性存疑问题。不过，CIRC-UITS联盟针对HRL3合金的最新研究，为破解这一顾虑提供了重要依据。
测试中，HRL3合金搭配OM565焊锡膏，与汽车行业广泛使用的可靠性SAC系合金进行了对比。测试样品由CIRC-UITS项目合作方——某知名汽车制造企业提供，涵盖热冲击循环（-40°C至125°C，1000次及2000次循环）以及高温老化（85°C、125°C、150°C条件下各持续1000小时）后的剪切强度分析。
结果显示，HRL3搭配OM565的组合在100°C以下工况中性能稳定、可靠性突出，整体表现与擅长应对极端温度及热循环考验的高可靠性SAC合金旗鼓相当。这一结果证实了在汽车领域，HRL3合金可成功应用于信息娱乐系统、照明系统等车内场景，以及工作温度不超过100°C的众多"非引擎舱"应用场景[5]。
监管格局与可持续标准
全球监管体系与企业可持续发展目标正日趋严苛，低熔点合金的特性与这些政策导向高度契合。《欧洲绿色协议》、联合国可持续发展目标（SDGs）以及各国的碳中和承诺，均推动造企业采用更清洁、更高效的技术。
为响应上述政策要求，IPC（GEA）、IEC、ISO等标准化机构正同步更新相关规范，将可持续性要求纳入其中。低温合金符合这些新标准，助力企业实现单位产品能耗与排放的双降。凭借这一优势，企业更易获得权威环保认证，例如美国环保署（EPA）推广的ENERGY STAR，其对能效指标有着严苛要求；又如全球电子理事会（GEC）管理的EPEAT（电子产品环境影响评估工具），作为全球生态标签，可精准识别符合高标准环保要求的电子产品；此外还有TCO Certified，它是全球认可度最高的产品可持续性认证之一。
这将切实惠及供应链，削减所采购商品与服务相关的碳排放。
结论
综上，HRL3低温焊料合金为电子制造行业降低环境影响开辟了一条有效的技术路径。不仅能大幅降低能耗与碳足迹，更能提升与温度敏感元器件的兼容性，且在广泛应用场景中展现出可靠的性能表现。
OM565焊锡膏的引入，推动这一解决方案从细分场景的备选方案，跃升为电子行业的战略性选择[6]。采纳该技术意味着开启一场向可持续创新的全面转型，同步提升运营效率与产品性能。这项机遇，为制造商与地球带来可量化的双重收益。
[1] ALPHA® OM-565 HRL3 焊锡膏 | 麦德美爱法
[4] 铟市场可能出现价格波动加剧 – ARGUS METALS
[5] "非引擎舱"应用指不位于车辆引擎盖下方的电子系统与部件，通常分布于座舱或车身部位，热负荷相对较低。
[6] Wu, G., Shen, J., Zhou, D., Faiz, M. K., & Wong, Y. H. (2025).低温多组分焊料在电子封装中的应用及最新进展：综述.Micromachines, 16(3), 300. https://doi.org/10.3390/mi16030300.