無鉛轉(zhuǎn)換的加速進程與SMT的問題
半導(dǎo)體和電子制造商目前都必須面對一個環(huán)境保護問題,即如何符合歐共體頒布的兩個管理規(guī)定,《電子電氣設(shè)備廢棄物(WEEE)》和《有害物質(zhì)的限制法案(RoHS)》。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/161881.htm電子工業(yè)正面臨環(huán)境保護的挑戰(zhàn),不僅電子產(chǎn)品需要是環(huán)保的,電子制造的過程也必須滿足環(huán)境友好的 要求。歐共體頒布的二個用于環(huán)境保護的管理規(guī)定,即《電子電氣設(shè)備廢棄物(WEEE)》和《有害物質(zhì)的限制法案(RoHS)》,要求鉛和其它有害物質(zhì)在電子產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程中的使用,必須在2006年7月1號之前得到管理。半導(dǎo)體和電子制造商都必須對此采取相應(yīng)措施。
幾乎所有電子電氣產(chǎn)品都是將半導(dǎo)體器件焊在印制板上。這些產(chǎn)品達到使用壽命報廢后,通常被進行填 埋處理。錫鉛焊料由于其使用方便、價格經(jīng)濟、電氣和機械性能良好的特性,多年來一直被廣泛用于電氣連接。然而,近年來由于環(huán)境污染,酸雨開始與填埋的鉛廢 料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),酸雨將鉛轉(zhuǎn)化成很易溶于水的離子化合物,污染水源。無鉛焊料和焊接工藝的研發(fā)因此成為重要的環(huán)境問題。
雖然美國迄今還沒有類似的立法規(guī)定,但歐州要求在半導(dǎo)體和電子設(shè)備中減少鉛的使用,并規(guī)定在2006年7月1日完全實行無鉛裝配。這將會對全球市場產(chǎn)生廣泛影響。在過渡期間,全球的供應(yīng)商必須選擇,是否完全從 有鉛轉(zhuǎn)換至無鉛生產(chǎn),還是使用有鉛和無鉛參混的生產(chǎn)模式。后者必須在生產(chǎn)、材料和產(chǎn)品等方面進行細(xì)仔的跟蹤。為了減少混合生產(chǎn)模式中供應(yīng)商和客戶長期面臨的供應(yīng)鏈風(fēng)險,同時也為盡快轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)環(huán)保產(chǎn)品,Toshiba建議工業(yè)界縮短此過渡期,在2004年完成從有鉛到無鉛組裝的轉(zhuǎn)換。
為縮短向無鉛轉(zhuǎn)換的時間,OEM、合同制造商(CM)和半導(dǎo)體供應(yīng)商需要緊密合作。業(yè)界對各個環(huán)節(jié)的支持以及承擔(dān)的義務(wù),是有效實現(xiàn)無鉛、開發(fā)更寬泛的工藝窗口和生產(chǎn)制程的關(guān)鍵。為幫助業(yè)界理解眼前面臨的問題,以下綜述了與無鉛化轉(zhuǎn)換有關(guān)的商業(yè)和技術(shù)問題。
技術(shù)問題
雖然離歐盟建議的管理規(guī)定的實施還有近三年的限期,電子元器件制造商、消費類電子產(chǎn)品公司、學(xué)院 和其他組織都已經(jīng)對無鉛制造做了細(xì)致深入研究。然而仍有大量有待予以解決的技術(shù)問題,會影響供應(yīng)商和客戶。首先,無鉛的標(biāo)準(zhǔn)還沒有制定;其次,質(zhì)量和可靠 性測試還待標(biāo)準(zhǔn)化;另外,在某些情況下,元件很難做到應(yīng)有的“前向兼容性” 和“后向兼容性”(backward and forward compatible)。在客戶方面,因為新合金的鑒定需要較長時間,生產(chǎn)可能會被 延遲;對現(xiàn)有設(shè)備的改造與性能提升,也會延遲生產(chǎn)。為更有效地轉(zhuǎn)換至無鉛制造,半導(dǎo)體制造商、OEM客戶、EMS合同制造商、以及供應(yīng)商,需要在各個層次上相互合作研究,共同關(guān)注上述這些技術(shù)問題。
設(shè)計問題
順利轉(zhuǎn)換至無鉛制造需要一定時間,工業(yè)界最好現(xiàn)在就開始設(shè)計無鉛產(chǎn)品。新產(chǎn)品的測試、鑒定、以及 諸多供應(yīng)鏈問題,牽涉到業(yè)界的很多部門,設(shè)計完成之后這些問題需要占用很多的時間。
無鉛的定義
迄今為止,無鉛封裝的定義還未被正式確定。對于引線涂層和BGA焊球,歐盟規(guī)定的無鉛閾值為Pb1000ppm;JEIDA也定為Pb1000ppm。JEDEC最初建議使用pb2000ppm,但最近JEDEC決定將不為無鉛設(shè)定一個ppm值。由于合同制造商和EMS分處全球各地,無鉛定義的不確定,使得SMT物料和工藝的選擇及其鑒定工作更為復(fù)雜。歐盟管理規(guī)則的正式推出,使全球使用一個無鉛定義標(biāo)準(zhǔn)成為可 能。
質(zhì)量和可靠性標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)有的IPC工藝標(biāo)準(zhǔn)適用于有鉛產(chǎn)品?,F(xiàn)在的SnPb合金己使用幾十年,IPC標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)品定義了最低的驗收標(biāo)準(zhǔn),客戶和供應(yīng)商使用此標(biāo)準(zhǔn)來作接收和拒收的決定。采用無鉛合金時,為避免錯誤地解釋產(chǎn)品的接收標(biāo)準(zhǔn),需要建立一個新的標(biāo)準(zhǔn)?;亓骱负蟾鞣N無鉛焊點的目視外觀問題,就是一個能說明此問題的一個很好的例子。比如,純錫焊點比SnBi焊點更光亮,這會是未接受培訓(xùn)的檢驗員產(chǎn)生疑惑。另外,待建立的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),還應(yīng)該易于SMT生產(chǎn)線上操作員和檢驗員的培訓(xùn)。缺乏可用以判斷工藝問題的標(biāo)準(zhǔn),可能會導(dǎo)致代價高昂的延期交貨的發(fā)生。
錫須(whisker)引起很大關(guān)注的原因是非常明顯的。雖然己有很多獨立研究的報告,業(yè)界目前仍沒有錫須試驗的標(biāo)準(zhǔn)程 序。最近IPC/JEDEC在臺灣省召開的無鉛國際會議上,就有幾個公司發(fā)表了使用不同測 試方法對錫須生長進行研究的報告。實驗結(jié)果表明進行標(biāo)準(zhǔn)化非常重要 無鉛的可焊性測試和焊料可靠性測試也待標(biāo)準(zhǔn)化。如有全球接收的測試方法,無鉛元件的鑒定時間將會縮短,重復(fù)測試可以減少,從而降低客戶和供應(yīng)商的成本。圖一是Toshiba對SnPb和預(yù)涂覆鈀Pd PPF(pre-plating-frame)試件的濕潤性和焊點拉伸試驗結(jié)果,可以看出,SnPb和SnAgCu焊料對SnAg涂層和Pd PPF引線涂層的濕潤性,與這些焊料對SnPb涂層濕潤性是相近的。
Toshiba也對焊在PCB上的器件做了焊點拉伸強度試驗。實驗結(jié)果顯示這些無鉛涂層的引線拉伸強度與傳統(tǒng)SnPb涂層引線拉伸強度在同一水平上。SnAg和Pd PPF焊點的強度試驗,顯示它們的強度可靠性是滿意的。
后向兼容性和前向兼容性
向無鉛制造的過渡不可能在一夜間就完成,SMT組裝線可能使用雙模式制造線,即在生產(chǎn)中同時采用有鉛和無鉛的材料進行組裝。這包括無鉛工藝中使用有 鉛元件——有鉛元件能否用于無鉛工藝稱為前向兼容性(forward compatible),或在有鉛工藝組裝中使用無鉛元件——這稱為后向兼容性(backward compatible)。同時具有此雙向兼容性最好,然而,這還要克服很多技術(shù)難 點。大多數(shù)含鉛產(chǎn)品的最高回流溫度都控制在240℃,而根據(jù)JEDEC J-STD-020B,無鉛焊回流的峰值為240℃-250℃。半導(dǎo)體供應(yīng)商必須根據(jù)J-STD-020B重新界定其元器件的濕敏感度(MSL)。新的規(guī)范設(shè)定的峰值溫度為大型封裝(>350 mm3)240℃,和小型封裝250℃。圖4是Toshiba建議使用的用于有鉛和無鉛產(chǎn)品的溫度曲線。
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