電子制造走向無鉛化 可靠性難題急需破解
電子制造業(yè)中大量使用的錫鉛合金(Sn/Pb)是污染人類生存環(huán)境的重要原因之一,世界各國都在推行電子制造領(lǐng)域的無鉛計劃。目前,電子制造正處于從有鉛向無鉛材料過渡的特殊時期,無鉛材料、印制板、元器件、檢測、可靠性等方面都沒有標準,在無鉛工藝方面,我國目前還處于比較混亂的階段。由于有鉛和無鉛混用時,特別當無鉛元器件遇到有鉛工藝時會發(fā)生嚴重的可靠性問題。由北京電子學(xué)會主辦、北京SMT專業(yè)委員會承辦的2007年北京國際綠色(無鉛)制造技術(shù)及材料研討會上,各界專家針對無鉛制造的現(xiàn)狀、無鉛制造存在的主要問題以及過渡和執(zhí)行階段有鉛無鉛混用應(yīng)注意的問題和解決對策進行了深入探討。專家認為,目前,無鉛的推行已經(jīng)成為不可改變的事實,我們應(yīng)從技術(shù)上做出選擇,把自己所受到的不良影響程度降到最低。
無鉛工藝處于過渡和起步階段
鉛污染的問題對人類生存環(huán)境以及人體健康造成了極大的威脅,對于電子制造業(yè),以RoHS&WEEE法案為主的一系列規(guī)范法規(guī),將鉛的環(huán)??刂茊栴}聚焦在了焊料的無鉛化上,但是焊料的無鉛化帶來的不僅僅是簡單的焊料改變,對電子制造的整個供應(yīng)鏈包括元器件、電路板、組裝企業(yè)甚至用戶都產(chǎn)生了一系列影響,深入地了解和認識這些問題,對于無鉛化的決策有很大的幫助。
有專家認為,焊料的無鉛化帶來的不僅僅是焊料本身的變化,對于上下游企業(yè)包括印制電路板、元器件和組裝企業(yè)都有很大的影響,形成了多個技術(shù)難點。對用戶而言,無鉛化還對產(chǎn)品可靠性產(chǎn)生影響,存在沖擊性能差、錫須等眾多沒有完全認識與有效解決的問題,加上疲勞模型的不成熟,必將導(dǎo)致相當長時間內(nèi)無鉛焊點的長期可靠性得不到準確的把握,電子產(chǎn)品將存在不可預(yù)知的風險。
公安部第一研究所顧靄云教授在接受《中國電子報》記者采訪時強調(diào),雖然國際國內(nèi)都在不同程度地應(yīng)用無鉛技術(shù),但目前還處于過渡和起步階段,從理論到應(yīng)用都還不成熟,沒有統(tǒng)一的標準,對無鉛焊接的焊點可靠性還沒有統(tǒng)一的認識,因此,無論國際還是國內(nèi),無鉛應(yīng)用技術(shù)都還非常混亂,大多數(shù)企業(yè)雖然焊接材料無鉛化了,但元器件焊端仍然有鉛。究竟哪一種無鉛焊料更好,哪一種PCB焊盤鍍層對無鉛焊更有利,哪一種元器件焊端材料對無鉛焊點可靠性更有利,無鉛焊對印刷、焊接、檢測等設(shè)備究竟有什么要求,這些都還沒有一個明確的說法。“這種狀態(tài)對無鉛焊接產(chǎn)品的可靠性非常不利,目前迫切需要加快對無鉛焊接技術(shù)從理論到應(yīng)用的研究?!鳖欖\云認為。
無鉛焊接可靠性問題受關(guān)注
無鉛焊接可靠性是目前制造廠商和用戶都十分關(guān)心的問題,尤其是當前正處在從有鉛向無鉛焊接過渡的特殊階段,無鉛材料、印制板、元器件、檢測、可靠性等方面都沒有標準,甚至在可靠性的測試方法也沒有標準的情況下,可靠性是非常讓人擔憂的。
美國偉創(chuàng)力等一些大公司對可靠性做了一些試驗,試驗結(jié)果大體上有一個比較相近的結(jié)論:大多數(shù)民用、通信等領(lǐng)域,由于使用環(huán)境沒有太大的應(yīng)力,無鉛焊點的機械強度甚至比有鉛的還要高,但在使用應(yīng)力高的地方,如高低溫、低氣壓等惡劣環(huán)境下,由于無鉛蠕變大,無鉛比有鉛的可靠性差很多。顧靄云認為,無鉛長期可靠性目前還沒定論,這也是一些高可靠性產(chǎn)品獲得豁免的主要原因之一。
KIC特約顧問薛競成介紹說:“從我這幾年和西方專家級研究人員的交流中發(fā)現(xiàn),的確沒有專家很有把握地告訴我們可靠性沒問題。他們都會很小心地加上一句,我們?nèi)匀恍枰M一步的研究和觀察。無鉛的研究雖然已經(jīng)有15年,但實際應(yīng)用在產(chǎn)品上只不過5年,這不論是在時間上還是使用上,都無法提供給我們很有信心的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗?!?/P>
清華-偉創(chuàng)力SMT實驗室王豫明在接受《中國電子報》記者采訪時強調(diào),電子產(chǎn)品的可靠性是指整個連接系統(tǒng),而不單指焊點,它還包括PCB、元器件等。“無鉛焊接與錫鉛焊接相比,只有短短十幾年的時間,而研究錫鉛的可靠性已經(jīng)有四五十年了,很清楚地知道有哪些問題。無鉛我們還不知道有哪些問題。有些問題有答案,有些問題還沒有答案,只是剛剛提出來,對于無鉛可靠性的問題是工業(yè)界面臨的最緊迫的問題?!蓖踉ッ髡f。
無鉛制造人才是關(guān)鍵
作為電子制造大國,無鉛化電子組裝是中國電子制造業(yè)目前面臨的巨大的市場和技術(shù)挑戰(zhàn),跟上無鉛潮流也是中國電子制造與國際電子制造業(yè)接軌的契機。
有專家認為,無鉛轉(zhuǎn)換促進現(xiàn)有電子組裝的設(shè)備和技術(shù)的更新,和新材料的應(yīng)用。然而,實施無鉛化的生產(chǎn)需要跨越較低端的“設(shè)備操作型”技術(shù)門檻。這是因為,僅僅有相應(yīng)的機器和材料,如果企業(yè)的工程人員不具備深層次的焊接工藝和材料性質(zhì)的知識,企業(yè)將很難對產(chǎn)品的質(zhì)量成本進行控制。另外,無鉛過渡還將要求企業(yè)的工程技術(shù)和管理人士,接受先進完善的生產(chǎn)制造和供應(yīng)鏈的運作管理觀念,促進企業(yè)向技術(shù)型生產(chǎn)管理轉(zhuǎn)型。
日本歐姆龍公司平岡羲明認為,當前在中國的表面貼裝產(chǎn)業(yè)中面臨的最大問題:一是環(huán)保要求的焊接無鉛化,二是如何保持生產(chǎn)利潤,其三就是缺少具有豐富經(jīng)驗的工程技術(shù)人員。這三點都是目前中國表面貼裝加工企業(yè)亟待解決的問題。
可以說跨越綠色電子組裝的技術(shù)門檻,是企業(yè)提高工藝技術(shù)、產(chǎn)品可靠性意識、生產(chǎn)制造管理水平以及商業(yè)競爭力的難得的時機。
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