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RoHS法例的技术层面

众所周知,欧盟限制使用有害物质(RoHS)法例限制在新的电子、电气设备中使用铅、汞、镉、六价铬、多溴化联苯与多溴联苯醚六种材料。在这六种受到管制的物质里,禁止使用铅,成为电子行业最沉重的负担——它迫使许多工艺、材料、元件、印刷(BSCI验厂专家)电路板和设备都必须改变。同时,也产生了另外的一个大问题——需要在高温下进行焊接。

电子行业一方面必须贯彻实行RoHS的规定,另一方面,无铅技术的历史不长,经验不足,而且缺乏关于长期可靠性的具体数据。由于这些产品用于最终用 户市场,对于要求高可靠性的产品,新技术的可靠性是一个令人关注的问题。同样,对于为什么RoHS法例要提出若干技术豁免和产业豁免,也有激烈的争论,这 些产业包括航空航天、国防、医疗和通信。然而,RoHS法例附件的第7点,规定了无铅豁免的范围:“……用于以下产品的焊料中的铅:服务器、存储和存储阵 列系统,用于转换、传送信号、发射的网络基础设备以及电信网络管理。”

焊料中的铅只涉及到所谓的第二级互联,包括装在印刷电路板上“参与”连接的元器件:

● 贴装/插装元件的端子的镀覆

● 印刷电路板焊盘与孔的镀覆

● 焊膏或者波峰焊焊料

这几项豁免的结果是,新的规定出现了——RoHS-5和符合RoHS-5的元件,它包含六种受限制材料中的五种,产品的所有材料,除了铅(Pb)以 外,都必须达到RoHS关于物质含量的要求。这些条件在RoHS或者WEEE法规里并没有作出规定。这个约定俗成的规定允许在豁免无铅的焊料市场和应用中 使用这种元件,并继续使用已有的低温锡铅材料进行组装生产。但是,我们建议谨慎使用RoHS-5规定,以免产生误解。如果我们再次考虑“参与”二级互联的 三个方面(元件电极的镀覆、焊料和PCB的镀覆),显然焊料可以是锡铅材料而不是无铅材料。但是,是否总是允许元件和电路板中含有铅还不是很清楚。

例如,许多电信产品的印刷电路板都用到的RJ-45屏蔽插座。这种插座的屏蔽层通常是镀一层锡铅,如果它只是在两个连接PCB的针脚上镀铅,而不是 在整个蔽屏表面上都镀铅,那么就可 能符合RoHS-5的要求。对于印刷电路板,存在类似的情况。只有焊盘和通孔镀层可以用铅,而其他地方不可以。

在无铅转换过程中,元件制造商们决定停止生产许多含铅元件,因为得到豁免的产业只是一些特殊的市场。统计数字显示,这个市场大约只占整个电子市场的25%。可以预见,制造商如果不想同时承担锡铅和无铅两种生产线,会加速淘汰锡铅元件。

在这种形势下,得到豁免的产业必须使用向后兼容的无铅元件,迫使他们的产品符合RoHS的要求。对于使用引脚架的元件,这是可以的,但对无法向后兼容的BGA无铅封装则不行。由于这样做,豁免产业和其他产业需要使用混合的技(BSCI认证专家)术,这时,在同一份材料清单(BOM)里,同时存在两种类型的元件(无铅元件和锡铅元件)。这也是一项没有历史经验、缺乏长期可靠性数据的新技术。具有讽刺意味的是,没有人能够确信,混合技术会比完全无铅的技术更加可靠。

关于混合技术,含有铋(Bi)的元件在电镀时有可能会引起一些其他的问题和危险。在日本市场上,这种电镀元件很流行,一些日本元件制造商更喜欢在锡(Sn)里加入铋(含量通(验厂咨询专家)常在2%到4%),代替铅(Pb),来防止锡须。但是,镀有锡铋的元件和锡铅焊料一起使用,可能会形成三元锡铅铋(SnPbBi),它的熔点是135℃。对焊点来说,在可靠性方面存在很大的风险。

考虑到纯锡电镀元件的锡须,重要的一点是,电子业(以及得到豁免的市场)应该解决减少无铅元件中的锡须的问题,特别是对那些寿命很长的产品。在 2006年3月,电子设备工程联合委员会(JEDEC)发布了JESD201标准——“锡和锡合金表面涂层的锡须灵敏度环境验收要求”。这个标准是由国际 电子制造创始组织(iNEMI)的锡须用户小组制定的,建议从三个方面预防锡须:减少锡须的措施、工艺控制和验证测试。

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