電子制造與封裝中使用無鉛焊料刻不容緩 2012/3/1
——順應(yīng)國際潮流,避免知識(shí)產(chǎn)權(quán)上受制于人我國電子封裝與組裝產(chǎn)業(yè)由于起步較晚,無鉛化進(jìn)程非常緩慢,幾乎沒有受到應(yīng)有的重視。隨著電子組裝產(chǎn)業(yè)的迅速崛起,我國已經(jīng)成為世界上的電子產(chǎn)品生產(chǎn)與消費(fèi)大國,但是國內(nèi)仍未出臺(tái)相關(guān)的法規(guī)限制電子產(chǎn)品中的鉛用量。隨著我國電子產(chǎn)品出口逐年增加,在國際市場(chǎng)上的份額不斷擴(kuò)大,今后必定要受到進(jìn)口國相關(guān)無鉛法規(guī)的約束。因此我們必須加快電子制造與封裝的無鉛化進(jìn)程,否則將嚴(yán)重影響到我國電子
——順應(yīng)國際潮流,避免知識(shí)產(chǎn)權(quán)上受制于人
我國
電子封裝與組裝產(chǎn)業(yè)由于起步較晚,無鉛化進(jìn)程非常緩慢,幾乎沒有受到應(yīng)有的重視。隨著電子組裝產(chǎn)業(yè)的迅速崛起,我國已經(jīng)成為世界上的電子產(chǎn)品生產(chǎn)與消費(fèi)大國,但是國內(nèi)仍未出臺(tái)相關(guān)的法規(guī)限制電子產(chǎn)品中的鉛用量。隨著我國電子產(chǎn)品出口逐年增加,在國際市場(chǎng)上的份額不斷擴(kuò)大,今后必定要受到進(jìn)口國相關(guān)無鉛法規(guī)的約束。因此我們必須加快電子制造與封裝的無鉛化進(jìn)程,否則將嚴(yán)重影響到我國電子工業(yè)的后續(xù)發(fā)展。這是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、人民健康的大事,必須從國家利益的高度加以重視。
目前還沒有一家中國的供應(yīng)商可以大批量提供無鉛元器件,而在無鉛化方面開始起步的國內(nèi)制造商僅是少數(shù)幾個(gè)為日本和歐洲廠商加工產(chǎn)品的
PCB制造商,現(xiàn)實(shí)說明中國電子制造業(yè)在整體上還沒有準(zhǔn)備好進(jìn)行無鉛化生產(chǎn)。
調(diào)查顯示,沒有人會(huì)主動(dòng)采用無鉛工藝;制造商采用無鉛化的動(dòng)機(jī)有35％是迫于立法的壓力;
31％是受市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng);18％是為了環(huán)境保護(hù)。多數(shù)中國的大型電子制造商都在打聽并進(jìn)而評(píng)估無鉛生產(chǎn)的方方面面,他們對(duì)相關(guān)的技術(shù)頗有興趣但對(duì)具體實(shí)施還抱觀望的態(tài)度,好像大家都在進(jìn)行準(zhǔn)備以便應(yīng)對(duì)未來的變局,而很多中小型電子制造商因?yàn)槌杀镜脑蚋揪筒淮蛩銓?shí)施無鉛生產(chǎn)。但另一方面,中國生產(chǎn)的電子產(chǎn)品都在瞄準(zhǔn)歐洲和北美市場(chǎng),因此一旦無鉛電子產(chǎn)品在國際上變成一個(gè)常規(guī)要求,中國制造商也只能被動(dòng)跟進(jìn)。
目前世界各國無鉛方面的研究越來越廣泛和深入,每年無鉛方面的專利數(shù)量都在增加,近兩年來更是急劇增長(zhǎng),如圖1。其中美國、日本和歐洲的專利各占四分之一強(qiáng),而我國的專利數(shù)量只占不到2％,如果現(xiàn)在不奮起直追,作為電子產(chǎn)品制造大國今后將面臨無鉛知識(shí)產(chǎn)權(quán)上處處受制于人的嚴(yán)峻形勢(shì)。
電子制造的無鉛化涉及兩個(gè)主要的方面：一是采用新型的無鉛合金來替代傳統(tǒng)的鉛錫合金,而基本不改變現(xiàn)有的生產(chǎn)過程;另一個(gè)方面則是采用導(dǎo)電膠這種全新的互連技術(shù)取代合金互連技術(shù)。本文僅就我國電子制造與封裝中的無鉛合金化問題進(jìn)行討論,希望文中涉及的產(chǎn)品能供中國的電子制造工程師作為參考,并引起業(yè)界的重視。
● 板卡級(jí)無鉛合金互連
無鉛的定義尚未有國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)定的“無鉛”,是指電子產(chǎn)品中的鉛含量不超過0.1wt％�？傮w來講,無鉛封裝是一個(gè)系統(tǒng)工程,它不僅僅指無鉛焊料,還有相應(yīng)的元件引腳及其覆層、電路板涂層等都要求無鉛。同時(shí)由于現(xiàn)有大量昂貴的電子產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備與制造工藝大都是與傳統(tǒng)錫鉛焊料相適應(yīng)的,所以向無鉛的轉(zhuǎn)變必然會(huì)帶來大量明顯和潛在的各種問題。
采用無鉛合金替換含鉛合金進(jìn)行二級(jí)封裝互連（板卡級(jí)封裝）,涉及到四個(gè)方面：無鉛合金體系、焊膏、元件引腳涂層、印制電路板（PCB）涂層。同時(shí)由于無鉛合金的熔點(diǎn)一般高于共晶鉛錫合金,因此互連過程的溫度升高會(huì)使元器件、板卡等的耐熱性受到影響,出現(xiàn)完全不同于鉛錫焊料工藝的一
系列可靠性問題。
● 無鉛合金焊料
無鉛合金焊料的開發(fā)基本上圍繞著
Sn/Ag/Cu/In/Bi/Zn二元或多元系合金展開。設(shè)計(jì)思路是：以Sn為基本主體金屬,添加
其它金屬,使用多元合金,利用相圖理論和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化分析等手段,開發(fā)新型合金與焊接工藝。美國國家制造科學(xué)研究中心（NCMS）經(jīng)過三年多的信息收集和研究,推薦了79種低、中、高溫不同用途的無鉛焊料,認(rèn)為42Sn58Bi（139℃）、91.7
Sn3.5Ag4.8Bi（
210－
215℃）和96.5Sn3.5Ag（
