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1月18日，國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布的“電子電氣產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)檢測(cè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”正式實(shí)施，這是國(guó)際上首批應(yīng)對(duì)歐盟RoHS指令和WEEE指令的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，距離RoHS指令生效期還有不到半年的時(shí)間，國(guó)內(nèi)電子制造企業(yè)尤其是作為上游的基礎(chǔ)電子企業(yè)推行無(wú)鉛化制造迫在眉睫。業(yè)內(nèi)人士指出，無(wú)鉛化對(duì)我國(guó)電子制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，是一次技術(shù)實(shí)力和管理能力的挑戰(zhàn)，無(wú)論是元器件、設(shè)備、材料供應(yīng)商還是生產(chǎn)廠，都面臨著知識(shí)更新和技術(shù)變革的壓力。
焊料是推行無(wú)鉛化的難點(diǎn)
Sn-Pb(錫鉛)焊料以其優(yōu)異的性能和低廉的成本，一直受到人們的重用，現(xiàn)已成為電子組裝焊接中的主要焊接材料。但是，隨著限制使用甚至禁止使用有鉛焊料的呼聲越來(lái)越高，無(wú)鉛焊料呼之欲出，但其存在的某些不足使之成為無(wú)鉛制造的主要瓶頸。
上海華慶焊材技術(shù)有限公司吳念祖分析說(shuō)，無(wú)鉛焊料若要完全替代錫鉛焊料從技術(shù)上應(yīng)有一些考慮。他說(shuō)，首先從電子焊接工藝的要求出發(fā)，為了不破壞元器件的基本特性，所用無(wú)鉛焊料熔點(diǎn)必須接近錫鉛共晶焊料的熔點(diǎn)，不能使用熔點(diǎn)高的焊料。其次從可焊性的觀點(diǎn)出發(fā)，必須與電子元件及印制板的鍍層銅、鎳、銀等有良好的潤(rùn)濕。從電子產(chǎn)品的可靠性角度出發(fā)，為了形成良好的冶金結(jié)合的焊點(diǎn)，焊料本身的機(jī)械強(qiáng)度是非常重要的，特別要求焊點(diǎn)具有耐熱疲勞性能。
他接著指出，從焊接的實(shí)際操作來(lái)看，盡量少的焊接缺陷是非常重要的，特別是橋接、拉尖等不良缺陷均和焊料的潤(rùn)濕性有密切關(guān)系。在再流焊接時(shí)，由于母材表面氧化，為了提高焊劑的去氧化作用，必須在助焊劑中增加活性劑，但是這將產(chǎn)生殘留物而出現(xiàn)腐蝕和電遷移等現(xiàn)象。同時(shí)，在流動(dòng)焊時(shí)，由于波峰焊產(chǎn)生的氧化錫渣也是一個(gè)問(wèn)題，不僅造成焊點(diǎn)不良率上升，同時(shí)也使成本增加。此外焊膏的保存性是進(jìn)行良好印刷的必要條件，由于在存放期間焊膏內(nèi)的助焊劑與合金發(fā)生反應(yīng)而劣化，造成粘度升高、印刷不良等現(xiàn)象發(fā)生。
與錫鉛焊料相比無(wú)鉛焊料還屬于新生派，因此遇到的問(wèn)題與難點(diǎn)還有很多。武漢烽火科技股份有限公司系統(tǒng)部SMT工程師補(bǔ)充說(shuō)，首先是無(wú)鉛焊料的供應(yīng)問(wèn)題。目前所推廣的無(wú)鉛焊料中的某些金屬，如銀、鉍和銦，特別是銦，在全球的供應(yīng)有限。其次是無(wú)鉛焊料的開(kāi)發(fā)種類(lèi)問(wèn)題。無(wú)鉛焊料的開(kāi)發(fā)種類(lèi)非常多，有超過(guò)70種以上，比較后有約12種至16種被予以重視和推廣，在無(wú)鉛焊料的統(tǒng)一和認(rèn)同上工業(yè)界仍然需要努力。
通過(guò)上述分析，我們可以得出結(jié)論，若想實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化制造，選擇適當(dāng)?shù)臒o(wú)鉛焊料是關(guān)鍵。目前，錫銀銅等成為實(shí)用的主流無(wú)鉛焊料。
期待無(wú)鉛元件標(biāo)準(zhǔn)完善
推行無(wú)鉛化制造不是某一環(huán)節(jié)解決了就大功告成了，必須是電子制造產(chǎn)業(yè)鏈條上每個(gè)環(huán)節(jié)都參與進(jìn)來(lái)才能真正實(shí)現(xiàn)綠色制造，其中元器件的無(wú)鉛化扮演十分重要的角色。
業(yè)內(nèi)相關(guān)人士對(duì)無(wú)鉛制造對(duì)元器件的影響進(jìn)行了具體分析：無(wú)鉛工藝對(duì)元器件的挑戰(zhàn)首先是耐高溫。要考慮高溫對(duì)元器件封裝的影響。由于傳統(tǒng)表面貼裝元器件的封裝材料只要能夠耐240℃高溫就能滿(mǎn)足有鉛焊料的焊接溫度了，而無(wú)鉛焊接時(shí)，對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品焊接溫度高達(dá)260℃，因此元器件封裝能否耐高溫是必須考慮的問(wèn)題。
另外還要考慮高溫對(duì)器件內(nèi)部連接的影響。IC的內(nèi)部連接方法有金絲球焊、超聲壓焊，還有倒裝焊等方法，特別是BGA、CSP和組合式復(fù)合元器件、模塊等新型的元器件，例如倒裝BGA、CSP內(nèi)部封裝芯片凸點(diǎn)用的焊膏就是Sn-3.5Ag焊接，熔點(diǎn)221℃，如果這樣的器件用于無(wú)鉛焊接，那么器件內(nèi)部的焊點(diǎn)與表面組裝的焊點(diǎn)幾乎同時(shí)再熔化、凝固一次，這對(duì)于器件的可靠性是非常有害的。因此無(wú)鉛元器件的內(nèi)部連接材料也要符合無(wú)鉛焊接的要求。
有鉛元器件的焊端絕大多數(shù)是Sn/Pb鍍層，而無(wú)鉛元器件焊端表面鍍層的種類(lèi)很多。究竟哪一種鍍層最好，目前還沒(méi)有結(jié)論，因此還有待無(wú)鉛元器件標(biāo)準(zhǔn)的完善。
清華-偉創(chuàng)力SMT實(shí)驗(yàn)室副主任王豫明表示，作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的元器件供應(yīng)商，面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)實(shí)際與電子整機(jī)制造商同樣嚴(yán)峻。對(duì)元器件供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，技術(shù)與管理是關(guān)鍵。在傳統(tǒng)元器件引線(xiàn)鍍層Pb-Sn的替代方案中，工藝、與焊料的兼容性以及結(jié)合強(qiáng)度、可靠性等多方面問(wèn)題都給元器件供應(yīng)商帶來(lái)挑戰(zhàn)。更為嚴(yán)重的問(wèn)題是，目前無(wú)鉛元器件沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)志，缺乏有效的管理措施，因此，元器件供應(yīng)商的無(wú)鉛化之路更不好走。
無(wú)鉛設(shè)備要關(guān)注生產(chǎn)工藝
王豫明說(shuō)，對(duì)于設(shè)備供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，無(wú)鉛制造的時(shí)代機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存。在無(wú)鉛化的進(jìn)程中，某些設(shè)備供應(yīng)商率先推出了無(wú)鉛產(chǎn)品，搶得了市場(chǎng)先機(jī)。對(duì)這些廠家而言，在抓住目前發(fā)展時(shí)機(jī)的同時(shí)，千萬(wàn)不可忽略設(shè)備應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題，即無(wú)鉛設(shè)備生產(chǎn)工藝問(wèn)題。目前，購(gòu)買(mǎi)無(wú)鉛設(shè)備的廠家大部分并沒(méi)有真正進(jìn)入無(wú)鉛化生產(chǎn)，許多工藝過(guò)程的問(wèn)題還沒(méi)有暴露出來(lái)，特別是與可靠性有關(guān)的工藝控制技術(shù)還處于發(fā)展的初級(jí)階段。設(shè)備供應(yīng)商只有在應(yīng)用工藝方面投入技術(shù)力量，進(jìn)行較深層次的無(wú)鉛工藝探索并逐步完善，為用戶(hù)提供工藝技術(shù)層面的服務(wù)，才能實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。
深圳日東公司工程研發(fā)部經(jīng)理李忠鎖表示，由于無(wú)鉛焊料活性溫度的升高和活性溫度范圍的縮小，對(duì)無(wú)鉛焊接工藝提出了更高的要求，因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的Sn-Pb焊接設(shè)備，人們對(duì)無(wú)鉛焊接設(shè)備提出了更高的要求。其中主要體現(xiàn)在預(yù)熱溫度的升高、預(yù)熱區(qū)間的增長(zhǎng)、焊接時(shí)間的增長(zhǎng)、焊后快速冷卻以及氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)等要求。另外，由于無(wú)鉛焊料的特性以及焊接溫度的升高，無(wú)鉛焊料對(duì)設(shè)備的腐蝕性加強(qiáng)，同樣對(duì)設(shè)備提出了更高的要求。因此無(wú)鉛焊接設(shè)備必須滿(mǎn)足新的無(wú)鉛工藝的要求。同樣，由于無(wú)鉛焊接焊點(diǎn)表面亮度的降低，對(duì)檢測(cè)設(shè)備也提出了更高的要求。
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世界各國(guó)
電子制造的環(huán)保政策
由電子產(chǎn)品導(dǎo)致的環(huán)保問(wèn)題日益受到公眾、相關(guān)人員和制造商的關(guān)注。世界各國(guó)加強(qiáng)了在電子制造方面的環(huán)保立法工作。
美國(guó)早在1993年6月就發(fā)布了鉛稅法案。1998年11月，EPA(美國(guó)環(huán)境保護(hù)局)推出了防治PBT污染物的戰(zhàn)略。EPA的有毒物質(zhì)清單(TRI)在1998年提出了新規(guī)則，增加了一些PBT到TRI中，并且降低了TRI中已有PBT的報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)。
在日本，已制定并發(fā)布了電子材料和特殊產(chǎn)品回收的法律，如1998年通過(guò)的“家用電子產(chǎn)品回收法”，規(guī)定必須回收家用電子產(chǎn)品中所含的鉛。日本許多公司正致力于替代有害環(huán)境的材料和工藝的研究。
歐洲議會(huì)和歐盟理事會(huì)與日本同時(shí)提出了關(guān)于廢棄電氣電子設(shè)備(WEEE)的指令和關(guān)于在電氣設(shè)備中限制使用危險(xiǎn)物質(zhì)(RoHS)的指令，并最終于2003年2月公布了清除鉛的使用的指令，自2006年7月1日起生效。
歐洲許多國(guó)家，如荷蘭、瑞士、瑞典、丹麥、挪威等，也已制定了有關(guān)回收和再生電子垃圾的規(guī)定。
我國(guó)已制定了《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》，禁止或限制六種有害物質(zhì)(鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、聚合溴化聯(lián)苯或者聚合溴化聯(lián)苯乙醚)在中國(guó)生產(chǎn)或進(jìn)口。
編輯點(diǎn)評(píng)
無(wú)鉛制造必須上下聯(lián)動(dòng)
-卓爾
隨著歐盟RoHS指令生效日期的日益臨近，無(wú)鉛制造已經(jīng)不再僅僅是一個(gè)話(huà)題，而是不可回避的現(xiàn)實(shí)。
業(yè)界應(yīng)該認(rèn)真了解相關(guān)立法的具體內(nèi)容，密切關(guān)注“無(wú)鉛制造”的進(jìn)展。在有鉛向無(wú)鉛的轉(zhuǎn)換期間，應(yīng)該特別關(guān)注先進(jìn)的無(wú)鉛理念和實(shí)踐、國(guó)際范圍內(nèi)無(wú)鉛電子的進(jìn)展，并積極推進(jìn)無(wú)鉛工藝、無(wú)鉛元件貼裝、無(wú)鉛印刷、無(wú)鉛檢測(cè)、無(wú)鉛再流焊、無(wú)鉛返工與修理等技術(shù)的發(fā)展。
電子企業(yè)應(yīng)該立即著手確定無(wú)鉛化日程表，積極參與這一轉(zhuǎn)換過(guò)程，腳踏實(shí)地地推進(jìn)本企業(yè)的無(wú)鉛化進(jìn)程。作為電子制造企業(yè)，要適應(yīng)無(wú)鉛化組裝的趨勢(shì)，應(yīng)開(kāi)展以下幾項(xiàng)工作：根據(jù)自身的產(chǎn)品性質(zhì)，選擇正確合理的無(wú)鉛焊料；做好無(wú)鉛化組裝量產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理；提高判斷能力，對(duì)組裝過(guò)程中發(fā)生的不良點(diǎn)，能盡快出臺(tái)糾正措施；搜集有用的應(yīng)用數(shù)據(jù)，建立無(wú)鉛化的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)；加快培養(yǎng)無(wú)鉛化組裝的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和工藝制程人才、生產(chǎn)組織管理人才；積極參加有關(guān)無(wú)鉛化組裝技術(shù)的研討或培訓(xùn)，全面提高專(zhuān)業(yè)水平。
除了企業(yè)的努力外，國(guó)家也應(yīng)該拿出一定的資金，設(shè)立無(wú)鉛制造專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃，積極組織有能力的大學(xué)或科研部門(mén)的研究力量，與企業(yè)相配合，以攻關(guān)的形式，在幾個(gè)大的方面爭(zhēng)取有所突破，此外還應(yīng)該對(duì)已實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛技術(shù)產(chǎn)品化的企業(yè)給予政策上的優(yōu)惠，如減稅等。鼓勵(lì)企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)與國(guó)外加強(qiáng)合作，充分利用國(guó)外已有的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，加快無(wú)鉛制造的轉(zhuǎn)型。
