眾所周知,歐盟限制使用有害物質(RoHS)法例限制在新的電子、電氣設備中使用鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴化聯苯與多溴聯苯醚六種材料。在這六種受到管制的物質里,禁止使用鉛,成為電子行業最沉重的負擔——它迫使許多工藝、材料、元件、印刷(BSCI驗廠專家)電路板和設備都必須改變。同時,也產生了另外的一個大問題——需要在高溫下進行焊接。
電子行業一方面必須貫徹實行RoHS的規定,另一方面,無鉛技術的歷史不長,經驗不足,而且缺乏關于長期可靠性的具體數據。由于這些產品用于最終用 戶市場,對于要求高可靠性的產品,新技術的可靠性是一個令人關注的問題。同樣,對于為什么RoHS法例要提出若干技術豁免和產業豁免,也有激烈的爭論,這 些產業包括航空航天、國防、醫療和通信。然而,RoHS法例附件的第7點,規定了無鉛豁免的范圍:“……用于以下產品的焊料中的鉛:服務器、存儲和存儲陣 列系統,用于轉換、傳送信號、發射的網絡基礎設備以及電信網絡管理。”
焊料中的鉛只涉及到所謂的第二級互聯,包括裝在印刷電路板上“參與”連接的元器件:
● 貼裝/插裝元件的端子的鍍覆
● 印刷電路板焊盤與孔的鍍覆
● 焊膏或者波峰焊焊料
這幾項豁免的結果是,新的規定出現了——RoHS-5和符合RoHS-5的元件,它包含六種受限制材料中的五種,產品的所有材料,除了鉛(Pb)以 外,都必須達到RoHS關于物質含量的要求。這些條件在RoHS或者WEEE法規里并沒有作出規定。這個約定俗成的規定允許在豁免無鉛的焊料市場和應用中 使用這種元件,并繼續使用已有的低溫錫鉛材料進行組裝生產。但是,我們建議謹慎使用RoHS-5規定,以免產生誤解。如果我們再次考慮“參與”二級互聯的 三個方面(元件電極的鍍覆、焊料和PCB的鍍覆),顯然焊料可以是錫鉛材料而不是無鉛材料。但是,是否總是允許元件和電路板中含有鉛還不是很清楚。
例如,許多電信產品的印刷電路板都用到的RJ-45屏蔽插座。這種插座的屏蔽層通常是鍍一層錫鉛,如果它只是在兩個連接PCB的針腳上鍍鉛,而不是 在整個蔽屏表面上都鍍鉛,那么就可 能符合RoHS-5的要求。對于印刷電路板,存在類似的情況。只有焊盤和通孔鍍層可以用鉛,而其他地方不可以。
在無鉛轉換過程中,元件制造商們決定停止生產許多含鉛元件,因為得到豁免的產業只是一些特殊的市場。統計數字顯示,這個市場大約只占整個電子市場的25%。可以預見,制造商如果不想同時承擔錫鉛和無鉛兩種生產線,會加速淘汰錫鉛元件。
在這種形勢下,得到豁免的產業必須使用向后兼容的無鉛元件,迫使他們的產品符合RoHS的要求。對于使用引腳架的元件,這是可以的,但對無法向后兼容的BGA無鉛封裝則不行。由于這樣做,豁免產業和其他產業需要使用混合的技(BSCI認證專家)術,這時,在同一份材料清單(BOM)里,同時存在兩種類型的元件(無鉛元件和錫鉛元件)。這也是一項沒有歷史經驗、缺乏長期可靠性數據的新技術。具有諷刺意味的是,沒有人能夠確信,混合技術會比完全無鉛的技術更加可靠。
關于混合技術,含有鉍(Bi)的元件在電鍍時有可能會引起一些其他的問題和危險。在日本市場上,這種電鍍元件很流行,一些日本元件制造商更喜歡在錫(Sn)里加入鉍(含量通(驗廠咨詢專家)常在2%到4%),代替鉛(Pb),來防止錫須。但是,鍍有錫鉍的元件和錫鉛焊料一起使用,可能會形成三元錫鉛鉍(SnPbBi),它的熔點是135℃。對焊點來說,在可靠性方面存在很大的風險。
考慮到純錫電鍍元件的錫須,重要的一點是,電子業(以及得到豁免的市場)應該解決減少無鉛元件中的錫須的問題,特別是對那些壽命很長的產品。在 2006年3月,電子設備工程聯合委員會(JEDEC)發布了JESD201標準——“錫和錫合金表面涂層的錫須靈敏度環境驗收要求”。這個標準是由國際 電子制造創始組織(iNEMI)的錫須用戶小組制定的,建議從三個方面預防錫須:減少錫須的措施、工藝控制和驗證測試。
本文作者:深圳市思譽企業管理咨詢有限公司
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