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电子制造企业离无铅化还有多远


http://www.sina.com.cn 2006年02月14日 10:55 中国电子报

  -本报记者 诸玲珍

  1月18日,国家质检总局发布的“电子电气产品中有毒有害物质检测行业标准”正式实施,这是国际上首批应对欧盟RoHS指令和WEEE指令的行业标准,距离RoHS指令生效期还有不到半年的时间,国内电子制造企业尤其是作为上游的基础电子企业推行无铅化制造迫在眉睫。业内人士指出,无铅化对我国电子制造企业来说,是一次技术实力和管理能力的挑战,无
论是元器件、设备、材料供应商还是生产厂,都面临着知识更新和技术变革的压力。

  焊料是推行无铅化的难点

  Sn-Pb(锡铅)焊料以其优异的性能和低廉的成本,一直受到人们的重用,现已成为电子组装焊接中的主要焊接材料。但是,随着限制使用甚至禁止使用有铅焊料的呼声越来越高,无铅焊料呼之欲出,但其存在的某些不足使之成为无铅制造的主要瓶颈。

  上海华庆焊材技术有限公司吴念祖分析说,无铅焊料若要完全替代锡铅焊料从技术上应有一些考虑。他说,首先从电子焊接工艺的要求出发,为了不破坏元器件的基本特性,所用无铅焊料熔点必须接近锡铅共晶焊料的熔点,不能使用熔点高的焊料。其次从可焊性的观点出发,必须与电子元件及印制板的镀层铜、镍、银等有良好的润湿。从电子产品的可靠性角度出发,为了形成良好的冶金结合的焊点,焊料本身的机械强度是非常重要的,特别要求焊点具有耐热疲劳性能。

  他接着指出,从焊接的实际操作来看,尽量少的焊接缺陷是非常重要的,特别是桥接、拉尖等不良缺陷均和焊料的润湿性有密切关系。在再流焊接时,由于母材表面氧化,为了提高焊剂的去氧化作用,必须在助焊剂中增加活性剂,但是这将产生残留物而出现腐蚀和电迁移等现象。同时,在流动焊时,由于波峰焊产生的氧化锡渣也是一个问题,不仅造成焊点不良率上升,同时也使成本增加。此外焊膏的保存性是进行良好印刷的必要条件,由于在存放期间焊膏内的助焊剂与合金发生反应而劣化,造成粘度升高、印刷不良等现象发生。

  与锡铅焊料相比无铅焊料还属于新生派,因此遇到的问题与难点还有很多。武汉烽火科技股份有限公司系统部SMT工程师补充说,首先是无铅焊料的供应问题。目前所推广的无铅焊料中的某些金属,如银、铋和铟,特别是铟,在全球的供应有限。其次是无铅焊料的开发种类问题。无铅焊料的开发种类非常多,有超过70种以上,比较后有约12种至16种被予以重视和推广,在无铅焊料的统一和认同上工业界仍然需要努力。

  通过上述分析,我们可以得出结论,若想实现无铅化制造,选择适当的无铅焊料是关键。目前,锡银铜等成为实用的主流无铅焊料。

  期待无铅元件标准完善

  推行无铅化制造不是某一环节解决了就大功告成了,必须是电子制造产业链条上每个环节都参与进来才能真正实现绿色制造,其中元器件的无铅化扮演十分重要的角色。

  业内相关人士对无铅制造对元器件的影响进行了具体分析:无铅工艺对元器件的挑战首先是耐高温。要考虑高温对元器件封装的影响。由于传统表面贴装元器件的封装材料只要能够耐240℃高温就能满足有铅焊料的焊接温度了,而无铅焊接时,对于复杂的产品焊接温度高达260℃,因此元器件封装能否耐高温是必须考虑的问题。

  另外还要考虑高温对器件内部连接的影响。IC的内部连接方法有金丝球焊、超声压焊,还有倒装焊等方法,特别是BGA、CSP和组合式复合元器件、模块等新型的元器件,例如倒装BGA、CSP内部封装芯片凸点用的焊膏就是Sn-3.5Ag焊接,熔点221℃,如果这样的器件用于无铅焊接,那么器件内部的焊点与表面组装的焊点几乎同时再熔化、凝固一次,这对于器件的可靠性是非常有害的。因此无铅元器件的内部连接材料也要符合无铅焊接的要求。

  有铅元器件的焊端绝大多数是Sn/Pb镀层,而无铅元器件焊端表面镀层的种类很多。究竟哪一种镀层最好,目前还没有结论,因此还有待无铅元器件标准的完善。

  清华-伟创力SMT实验室副主任王豫明表示,作为产业链上游的元器件供应商,面临的技术挑战实际与电子整机制造商同样严峻。对元器件供应商来说,技术与管理是关键。在传统元器件引线镀层Pb-Sn的替代方案中,工艺、与焊料的兼容性以及结合强度、可靠性等多方面问题都给元器件供应商带来挑战。更为严重的问题是,目前无铅元器件没有明确的标准和标志,缺乏有效的管理措施,因此,元器件供应商的无铅化之路更不好走。

  无铅设备要关注生产工艺

  王豫明说,对于设备供应商来说,无铅制造的时代机遇与挑战共存。在无铅化的进程中,某些设备供应商率先推出了无铅产品,抢得了市场先机。对这些厂家而言,在抓住目前发展时机的同时,千万不可忽略设备应用的技术问题,即无铅设备生产工艺问题。目前,购买无铅设备的厂家大部分并没有真正进入无铅化生产,许多工艺过程的问题还没有暴露出来,特别是与可靠性有关的工艺控制技术还处于发展的初级阶段。设备供应商只有在应用工艺方面投入技术力量,进行较深层次的无铅工艺探索并逐步完善,为用户提供工艺技术层面的服务,才能实现持续发展。

  深圳日东公司工程研发部经理李忠锁表示,由于无铅焊料活性温度的升高和活性温度范围的缩小,对无铅焊接工艺提出了更高的要求,因此,相对于传统的Sn-Pb焊接设备,人们对无铅焊接设备提出了更高的要求。其中主要体现在预热温度的升高、预热区间的增长、焊接时间的增长、焊后快速冷却以及氮气保护系统等要求。另外,由于无铅焊料的特性以及焊接温度的升高,无铅焊料对设备的腐蚀性加强,同样对设备提出了更高的要求。因此无铅焊接设备必须满足新的无铅工艺的要求。同样,由于无铅焊接焊点表面亮度的降低,对检测设备也提出了更高的要求。

  相关链接

  世界各国

  电子制造的环保政策

  由电子产品导致的环保问题日益受到公众、相关人员和制造商的关注。世界各国加强了在电子制造方面的环保立法工作。

  美国早在1993年6月就发布了铅税法案。1998年11月,EPA(美国环境保护局)推出了防治PBT污染物的战略。EPA的有毒物质清单(TRI)在1998年提出了新规则,增加了一些PBT到TRI中,并且降低了TRI中已有PBT的报告标准。

  在日本,已制定并发布了电子材料和特殊产品回收的法律,如1998年通过的“家用电子产品回收法”,规定必须回收家用电子产品中所含的铅。日本许多公司正致力于替代有害环境的材料和工艺的研究。

  欧洲议会和欧盟理事会与日本同时提出了关于废弃电气电子设备(WEEE)的指令和关于在电气设备中限制使用危险物质(RoHS)的指令,并最终于2003年2月公布了清除铅的使用的指令,自2006年7月1日起生效。

  欧洲许多国家,如荷兰、瑞士、瑞典、丹麦、挪威等,也已制定了有关回收和再生电子垃圾的规定。

  我国已制定了《电子信息产品污染防治管理办法》,禁止或限制六种有害物质(铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯或者聚合溴化联苯乙醚)在中国生产或进口。

  编辑点评

  无铅制造必须上下联动

  -卓尔

  随着欧盟RoHS指令生效日期的日益临近,无铅制造已经不再仅仅是一个话题,而是不可回避的现实。

  业界应该认真了解相关立法的具体内容,密切关注“无铅制造”的进展。在有铅向无铅的转换期间,应该特别关注先进的无铅理念和实践、国际范围内无铅电子的进展,并积极推进无铅工艺、无铅元件贴装、无铅印刷、无铅检测、无铅再流焊、无铅返工与修理等技术的发展。

  电子企业应该立即着手确定无铅化日程表,积极参与这一转换过程,脚踏实地地推进本企业的无铅化进程。作为电子制造企业,要适应无铅化组装的趋势,应开展以下几项工作:根据自身的产品性质,选择正确合理的无铅焊料;做好无铅化组装量产现场的生产管理;提高判断能力,对组装过程中发生的不良点,能尽快出台纠正措施;搜集有用的应用数据,建立无铅化的应用数据库;加快培养无铅化组装的专业技术和工艺制程人才、生产组织管理人才;积极参加有关无铅化组装技术的研讨或培训,全面提高专业水平。

  除了企业的努力外,国家也应该拿出一定的资金,设立无铅制造专项计划,积极组织有能力的大学或科研部门的研究力量,与企业相配合,以攻关的形式,在几个大的方面争取有所突破,此外还应该对已实现无铅技术产品化的企业给予政策上的优惠,如减税等。鼓励企业或研究机构与国外加强合作,充分利用国外已有的经验和技术,加快无铅制造的转型。

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