本文介紹，兩種材料都可以有效地取代含鉛焊錫。
世界上，對無鉛焊錫替代品的興趣正在戲劇性地增加，主要因爲在亞洲和歐洲都開始迅速地消除含鉛焊錫在電子裝配中的出現。日本的電子製造商已經自願地要求到2001年在國內製造或銷售的産品是無鉛的。歐洲也在要求無鉛電子，正如1998報廢電氣與電子設備指示(WEEE)所要求的那樣。可是，由於歐洲社會的反對，最後期限沒有確定，現在的截止日期估計在2004年以後。有許多理由支援把鉛從電子焊錫材料中消除的努力。除了來自該元素毒性的環境壓力之外，其他動機包括有害廢物處理的關注、工作場所安全性考慮、設備可靠性問題、市場競爭性、以及環境共同形象的維護。
現在北美電子製造商所經受的壓力本來是經濟上的，而不是法令上的。爲了消除其産品再不能出口到亞洲和歐洲電子市場的危險，製造商們正在尋找可行的含鉛焊錫的替代者，包括無鉛焊錫材料與可導電性膠。
無鉛焊錫
無鉛焊錫技術不是新的。多年來，許多製造商已經在一些適當位置應用中使用了無鉛合金，提供較高的熔點或滿足特殊的材料要求。可是，今天無鉛焊錫研究的目的是要決定哪些合金應該用來取代現在每年使用的估計50,000噸的錫-鉛焊錫。取消資源豐富價格便宜的(大約每磅0.40美元)鉛，代之以另外的元素，原材料的成本可能增加許多。
選擇用來取代鉛的材料必須滿足各種要求：
- 它們必須在世界範圍內可得到，數量上滿足全球的需求。某些金屬 - 如銦(Indium)和鉍(Bismuth) - 不能得到大的數量，只夠用作無鉛焊錫合金的添加成分。
- 也必須考慮到替代合金是無毒性的。一些考慮中的替代金屬，如鎘(Cadmium)和碲(Tellurium)，是毒性的；其他金屬，如銻(Antimony)，由於改變法規的結果可能落入毒性種類。
- 替代合金必須能夠具有電子工業使用的所有形式，包括返工與修理用的錫線、錫膏用的粉末、波峰焊用的錫條、以及預成型(preform)。不是所有建議的合金都可製成所有的形式，例如鉍含量高將使合金太脆而不能拉成錫線。
- 替代合金還應該是可迴圈再生的 - 將三四種金屬加入到無鉛替代焊錫配方中可能使迴圈再生過程複雜化，並增加成本。
不是所有的替代合金都可輕易地取代現有的焊接過程。美國國家製造科學中心(NCMS, the National Center for Manufacturing Sciences)在1997年得出結論，對共晶錫-鉛焊錫沒有“插入的(drop-in)”替代品。1994年完成的，作爲歐洲IDEALS計劃一部分的研究發現，超過200種研究的合金中，不到10種無鉛焊錫選擇是可行的。
數量上足夠滿足焊錫的大量需求的元素包括，錫(Sn, tin)、銅(Cu, copper)、銀(Ag, silver)和銻(Sb, antimony)。商業上可行的一些無鉛焊錫的例子包括，99.3Sn/0.7Cu, 96.5Sn/3.5Ag, 95.5Sn/3.8Ag/0.7Cu, 96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.5Sb。混合在這些替代合金內的所有這些元素具有與錫-鉛焊錫不同的熔點、機械性能、熔濕特性和外觀。現在工業趨向於使用接近共晶的錫銀銅(near-eutectic-tin-silver-copper)合金。
多數無鉛合金，包括錫-銀-銅，具有超過200°C的熔點 - 高於傳統的錫-鉛合金的大約180°C的熔點。這個升高的熔點將要求更高的焊接溫度。對於元件包裝和倒裝晶片裝配，無鉛焊錫的較高熔點可能是一個關注，因爲元件包裝基底可能不能忍受升高的回流溫度(圖一)。設計者現在正在研究替代的基底材料，可忍受更高的溫度，以及各向異性的(anisotropic)導電性膠來取代倒裝晶片和元件包裝應用中的焊錫。
無鉛合金的較高熔化溫度可提供一些優勢，比如，提高抗拉強度和更好的溫度疲勞阻抗、使其適合於象汽車電子元件這樣的高溫應用。
電路板與元件的表面塗層也必須與無鉛焊錫相容。例如，銅表面塗層的板面上的焊接點可能在機械上和外觀上都受較高的無鉛焊錫的表面貼裝技術(SMT)回流焊接溫度的影響，它可能造成錫與銅之間有害金屬間化合物的形成。無鉛焊錫的外觀也是不同的(比如，某些配方看上去光亮但比傳統的錫-鉛焊錫缺少一點反光性)，可能要求標準品質控制程式的改變。最後，因爲現在沒有高含鉛(high-lead-bearing)焊錫的替代品存在，所以完全的無鉛裝配還是不可能的。
雖然現在的助焊劑系統與錫-鉛焊錫運作良好，無鉛替代合金將不會在所有的板元件表面塗層上同樣的表現，不會容易地熔濕(wet)以形成相同的金屬間化合物焊接類型。因此可能需要改善助焊劑，提高熔濕性能，減少BGA焊接中的空洞。
理想的無鉛焊錫合金將提供製造商良好的電氣與機械特性、良好的熔濕(wetting)能力、沒有電解腐蝕和枝晶的(dentritic)增長的問題、可接受的價格、和現在與將來各種形式的可獲得性。焊錫將使用傳統的助焊劑系統，不要求使用氮氣來保證有效的熔濕。
滿足波峰焊接、SMT和手工裝配要求的無鉛替代品今天都可在市場買到，雖然在元件無鉛合金、電路板表面塗層相容性、助焊劑系統開發和工藝問題上要求更多的研究。
導電性膠(Conductive Adhesive) 傳統上導電性膠作爲將積體電路膠接與引腳框架(lead frame)的晶片附著(die-attach)材料使用。它們也用於製作印刷電路的分層，將銅箔附著在電路板或柔性的基底上，以及將電路粘結到散熱片。由於無鉛倡議的結果，導電性膠已經成爲附著表面貼裝元件焊錫的一個有吸引力的替代品。
在室溫下固化，或暴露在100-150°C溫度之間快速處理，這些膠對粘結溫度敏感元件和在象塑膠與玻璃這樣的不可焊接的基板上提供電氣連接是很好的(圖二)。由於高度靈活性的配方，導電性膠也是諸如柔性電路的裝配與修理或柔性基板與連接器粘結這些應用的解決方案(圖三)。
導電性膠提供元件與電路板之間的機械連接和電氣連接。有三種類型的電氣導電性膠，配方提供需要電氣連接的特殊用處。與焊錫類似，各向同性的(isotropic)材料在所有方向均等的導電性，可用於有地線通路的元件。導電性矽膠(silicone)幫助防止元件受環境的危害，比如潮濕，並且遮罩電磁與無線射頻干擾(EMI/RFI)的發射。各向異性的(anisotropic)導電性聚合物或Z軸膠片允許電流只在單個方向流動，提供電氣連接性和舒緩倒裝晶片元件的應力。
導電性膠是熱固環氧樹脂與諸如銀、鎳、金、銅和銦或氧化錫的導電性金屬顆粒(或金屬塗層)的化合物。相當軟的金屬通過膠在固化期間收縮時的變形提供良好的顆粒接觸。現在最常見的填充材料是銀，由於其價格適中、廣泛的來源與優良的導電性。當填充顆粒通過固化的樹脂膠承載電流時，即導電也導熱。伴生的導熱性消除了機械散熱的需要，提供在電晶體或微處理器與其散熱片之間的有效熱傳導。
導電性膠是無鉛和無氟氯化碳(CFC-free)的，不危害臭氧層，並且不含VOC。這些材料提供良好的設計靈活性，因爲它們可填充異形區域和不同尺寸的間隙。較低的膠處理溫度減少能源成本，允許裝配中使用價格低廉的基板，減少PCB上的溫度-機械應力和元件的損傷。
焊錫與膠的比較
無鉛焊錫與導電性膠兩者都是強有力的候選材料，提供電子元件的電氣連接和熱傳導；可是，每個技術都有其優點和缺點。取決於應用，某個粘結技術可能提供較好的性能特性，或者提供工藝或成本的優勢。
本性上，焊錫形成金屬基底之間的冶金連接，而導電性膠形成基底表面的機械與化學粘結。冶金連接比導電性膠形成的粘結導電性更好，一般強度更高。因爲膠要求金屬填充物的有效擴散，來提供良好的電氣特性。但是填充顆粒易於氧化，可能隨著時間降低膠的導電性，而焊錫易於浸析出(leaching)金屬(如，金或銅)，它可能脆化和削弱焊接點。膠會形成使金屬表面失去光澤和氧化的高強度粘結，這通常是不可焊接的。
焊錫的導熱性(60-65 W/mK)比膠的(3-25 W/mK)更高。焊錫的體積電阻係數(volume resistivity)爲0.000015 ohm.cm，比膠的0.0006 ohm.cm少得多，表示焊錫通常比膠的導電性好。
雖然無鉛焊錫一般在剛性基板上的抗機械衝擊比導電性膠更好，但是焊錫在柔性基板上易於應力開裂。除了有高度柔性的配方之外，導電性膠抗振動與衝擊比焊錫好。因爲膠不提供焊錫表面張力的自我對中作用，使用膠的元件貼裝是關鍵的，特別是超密間距的元件。對中不好造成較差的電氣接觸和對機械力的抵抗力不足。
焊錫很適合於J型引腳元件以及電鍍和浸錫元件。膠對具有多孔表面的電鍍元件元件與電路板粘結良好。膠也是非可焊與高度柔性的基板的唯一無鉛替代。因爲膠可使用室溫或低溫固化機制，它們很適合粘結溫度敏感的裝配和元件。
焊錫經常對要求返工的電路板更有優勢，因爲膠要求較費時的、可能損壞電路板元件的返工工藝。已經配製出一些萬能的環氧樹脂，專門用於大間距連接的返工與返修應用。例如，如果電路板表面上的迹線(trace)被擦傷，那麽可使用這類膠來在原焊接的地方修理電路。
成本問題
由於許多原因，無鉛焊錫和導電膠兩者都比傳統的錫-鉛焊錫更貴。鑒於鉛是屬於可得到的最廉價的金屬(每磅$0.40)，替代合金可能要貴得多。例如，銀的每磅價格大約爲$90，錫$3.70，鉍$3.50，銅$0.85，和鋅$0.60。錫膏通常到處的銷售價爲每克$0.15-0.30，取決於量和合金類型。
導電膠的價格變化很大，取決於使用的填充物的類型及其市場價格。導電膠的不同配方可有十倍或以上的變化因素。使用貴重金屬作填充物的導電膠的材料成本相對比無鉛焊錫或傳統膠的材料成本更高。就單材料成本而言，膠通常比焊錫貴幾倍。可是，膠的裝配與工藝要求大約爲焊錫用於同一應用的材料用量的一半。還有，膠的處理成本可能比焊錫低得多，因爲膠的粘結要求較少的步驟。雖然處理時間對焊接與膠粘結對差不多，膠不要求助焊劑應用和清洗的時間與費用，如在波峰焊接應用中使用水洗型助焊劑。
以前使用CFC可迅速廉價地清除焊接助焊劑。在蒙特利爾協定(Montreal Protocol)之後，該協定要求製造商減少CFC的使用，CFC的使用已經受到限制，電路板製造商經常被迫使用效果較差和成本較高的方法來清除助焊劑，雖然許多已經轉向免洗或可水洗的化學劑。可是，膠是過程友好的，減少有害廢棄的化學品或有關處理成本。
未來
今天可購買到所有形式的無鉛焊錫 - 從錫條到錫膏到預成型。開發新型助焊劑化學品的工作仍在繼續，它可使無鉛焊錫提供與含鉛焊錫材料相同的性能。導電膠也在改進，以較低成本的、結合替代金屬填充物或導電性聚合物的配方，提供優良的機械性能。
在未來，電子設備製造商將繼續使用導電膠和焊錫兩種材料。一旦無鉛法規開始生效，膠與焊錫兩者，單獨地和時常協作地，都將提供環境上更安全的裝配選擇。
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