眾所周知,歐盟限制使用有害物質(zhì)(RoHS)法例限制在新的電子、電氣設(shè)備中使用鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴化聯(lián)苯與多溴聯(lián)苯醚六種材料。在這六種受到管制的物質(zhì)里,禁止使用鉛,成為電子行業(yè)最沉重的負(fù)擔(dān)——它迫使許多工藝、材料、元件、印刷(BSCI驗(yàn)廠專家)電路板和設(shè)備都必須改變。同時,也產(chǎn)生了另外的一個大問題——需要在高溫下進(jìn)行焊接。
電子行業(yè)一方面必須貫徹實(shí)行RoHS的規(guī)定,另一方面,無鉛技術(shù)的歷史不長,經(jīng)驗(yàn)不足,而且缺乏關(guān)于長期可靠性的具體數(shù)據(jù)。由于這些產(chǎn)品用于最終用 戶市場,對于要求高可靠性的產(chǎn)品,新技術(shù)的可靠性是一個令人關(guān)注的問題。同樣,對于為什么RoHS法例要提出若干技術(shù)豁免和產(chǎn)業(yè)豁免,也有激烈的爭論,這 些產(chǎn)業(yè)包括航空航天、國防、醫(yī)療和通信。然而,RoHS法例附件的第7點(diǎn),規(guī)定了無鉛豁免的范圍:“……用于以下產(chǎn)品的焊料中的鉛:服務(wù)器、存儲和存儲陣 列系統(tǒng),用于轉(zhuǎn)換、傳送信號、發(fā)射的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備以及電信網(wǎng)絡(luò)管理?!?
焊料中的鉛只涉及到所謂的第二級互聯(lián),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(xiàng)豁免的結(jié)果是,新的規(guī)定出現(xiàn)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(chǎn)品的所有材料,除了鉛(Pb)以 外,都必須達(dá)到RoHS關(guān)于物質(zhì)含量的要求。這些條件在RoHS或者WEEE法規(guī)里并沒有作出規(guī)定。這個約定俗成的規(guī)定允許在豁免無鉛的焊料市場和應(yīng)用中 使用這種元件,并繼續(xù)使用已有的低溫錫鉛材料進(jìn)行組裝生產(chǎn)。但是,我們建議謹(jǐn)慎使用RoHS-5規(guī)定,以免產(chǎn)生誤解。如果我們再次考慮“參與”二級互聯(lián)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(chǎn)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(zhuǎn)換過程中,元件制造商們決定停止生產(chǎn)許多含鉛元件,因?yàn)榈玫交砻獾漠a(chǎn)業(yè)只是一些特殊的市場。統(tǒng)計數(shù)字顯示,這個市場大約只占整個電子市場的25%??梢灶A(yù)見,制造商如果不想同時承擔(dān)錫鉛和無鉛兩種生產(chǎn)線,會加速淘汰錫鉛元件。
在這種形勢下,得到豁免的產(chǎn)業(yè)必須使用向后兼容的無鉛元件,迫使他們的產(chǎn)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(chǎn)業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)需要使用混合的技(BSCI認(rèn)證專家)術(shù),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(xiàng)沒有歷史經(jīng)驗(yàn)、缺乏長期可靠性數(shù)據(jù)的新技術(shù)。具有諷刺意味的是,沒有人能夠確信,混合技術(shù)會比完全無鉛的技術(shù)更加可靠。
關(guān)于混合技術(shù),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(yàn)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(diǎn)是135℃。對焊點(diǎn)來說,在可靠性方面存在很大的風(fēng)險。
考慮到純錫電鍍元件的錫須,重要的一點(diǎn)是,電子業(yè)(以及得到豁免的市場)應(yīng)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(chǎn)品。在 2006年3月,電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會(JEDEC)發(fā)布了JESD201標(biāo)準(zhǔn)——“錫和錫合金表面涂層的錫須靈敏度環(huán)境驗(yàn)收要求”。這個標(biāo)準(zhǔn)是由國際 電子制造創(chuàng)始組織(iNEMI)的錫須用戶小組制定的,建議從三個方面預(yù)防錫須:減少錫須的措施、工藝控制和驗(yàn)證測試。
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