无铅法规发展对PCB组装的影响

发布于：2015/5/28 0:00:00 | 1702 次阅读

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　　历史背景
　　1990年代初始，在美国、欧洲和日本等国，先后立法对铅在工业上的应用加以限制，并进行无铅焊材的研究与相关技术的开发工作。
　　含铅焊材与铅合金表面实装技术（SMT），长期以来，在电子产品制造技术中被广泛应用，尤其是Sn-Pb共晶焊料，以其使用的方便性、稳定的焊接性、价格的合理性，作为实用的低温合金，同时，拥有独特的性质（如：低熔点、展延性佳、抗疲劳性佳、高热循环、导电性佳、结合性高），非常适合应用于电子产品。在现下高密度的电子业的组装制程中，一直担任著最合宜且广泛使用的角色。
　　含铅焊锡于电子连接里有三个功用：（一）完成印刷电路板的表面处理、（二）涂于零件表面以提供可焊接表面、（三）将电子零件焊于印刷电路板。
　　虽说，许多PCB生产者在生产PWB的表面处理动作，利用有机焊材（OSPs）等新替代品取代含铅焊锡，铅焊锡仍主导铅处理及持续为主装焊锡的选择。现在，由于电子产品的普遍化与方便性，使得家用或消费市场皆大量使用电子产品，至于考虑到当产品寿命终了而废弃时（end-of-life），不论以掩埋或焚化的方式作为最终处理，当最终成分透过环境媒介而回到环境中时，皆会造成无可弥补的铅污染，对地球环境及人类的生存造成很大的危害。
　　法规与规格要求
　　许多目前正实施或审查中的法规对「无铅电子产品」有莫大影响。因此，这些法规及其相关要求的「无铅」定义，成了我们一个必须了解的需求。在美国水管焊锡及助焊剂中，低于0.2%的铅含量被视为无铅。在欧洲由ISO所认定的标准则为0.1%;欧盟汽车寿命终端及危害物质禁止指令认定标准为0.1%;然而却仍无电子组装的无铅定义。
　　■美国的法规
　　美国各州的相关立法活动：目前虽然没有已知的州要求无铅化，但着实有些州因已认知到电子产品材质对环境长期的危害性，正开始着手从事电子用品的回收。电子回收指令（ERI）提供对州级及国家层次活动的持续性观察。
　　■日本的法规
　　目前并无未决的国内法规特别要求禁用铅元素，无论如何，日本贸易部于1998年5月提出回收立法;日本EPA及政府建议减少使用铅元素以利持续增加中的回收。1998年翻修的日本住宅电子回收法中，要求OEMs厂商在2001年4月1日前，做好收集及回收四大产品的准备。虽然本法并未提及含铅产品的使用，然仍有另一法规禁止公司让废弃物中有毒物流至环境中，这两项法案为电子产品无铅化的压力。
　　■欧盟的法规
　　WEEE/RoHS：由于欧盟内国家持续增加的压力，EC发觉草拟管制电子用品有毒元素的立法是有必要的。个发展的「废电机、电子设备（WEEE）指令及危害物质限制（RoHS）指令」（2002/10），获电子业相当大的响应，指令中除了明订产品寿命终了（end-of-life）后的回收与再利用责任外，亦对铅、镉、汞、铬（六价;Cr+6）、溴化燃阻剂（含于电子用塑料元件或披覆物质之中）规范限制其存在产品之中。
　　Packing & Packing Directive：1994年提出规范产品包装物质（内包装、外包装、运输包装）的铅、镉、汞、铬（六价;Cr+6）、聚氯乙烯（PVC）的含量，如2001年止上述金属限制物的含量总合不得超过100ppm（其中镉不得高于5ppm）。
　　End-of-life Vehicle：指令中除了明订汽车产品寿命终了后的回收与再利用责任外，亦对铅、镉、汞、铬、聚氯乙烯的含量规范限制其存在产品之中。
　　电路板无铅组装（Lead-Free PCB Assembly）的品管运作
　　■目的
　　提供供应商转换产品至无铅/危害物质禁止的符合性;就如制程和产品信赖性在无铅焊锡上的需求一样，危害物质的符合性也包含材质的符合性。
　　■流程
　　（1）如JESD46-B，所有改变现存的部品至无铅/危害物质禁止的符合性，应该由制造者以PCN发行的方式文件化;任何零件变更有关于无铅/危害物质禁止的符合性应纳为重大变更的考量。
　　（2）如JESD48-A，所有现存部品的产品中止应通知至客户端。
　　（3）所有制造商将要进行生产无铅/危害物质禁止的符合性产品时要提供通报，宜提供产品的技术路径图给客户，以指明计画的变更和履行的时间表;可行性和产品生命周期信息最近动态，及无铅/危害物质禁止的符合性产品宜详细说明。
　　■兼容性及测试
　　成套的无铅零件质量认可应包含：
　　（1）手动、封装、运输、使用（IPC J-STD-033A）
　　（2）焊锡性测试（IPC/EIA J-STD-002版）不须清洗及水洗锡膏和波焊助焊剂应含在内
　　（3）焊锡皆合信赖性试验（IPC-A-9701）
　　（4）机械性冲击和震动试验（AEC-Q100-Rev E/Mil-Std 883）
　　（5）高温储存（AEC-Q100-Rev E/JESD22-A103-A）
　　（6）锡须生长试验（参考Reference：NEMI Tin Whiskers Growth Tests， Rev. 4.5）
　　（7）湿度敏感层测试MSL testing：零件湿度敏感层不宜超过的层，在任何情况下可行的测试宜包含旧的与新的部件的比较，湿度敏感层测试宜按IPC/JEDEC J-STD-020（版）
　　■零件确认
　　（1）所有零件宜有外部包装盒和内部包装材（盘状、管状、滚动条），并标记有标示无铅/危害物质禁止可追溯性信息，这种标记宜同时呈现在零件的包装上。
　　（2）所有无铅/危害物质禁止零件宜有新供应商P/N的签核，附加在已存在的P/N结构的前面或后面皆可接受。
　　（3）元件的资料页宜清晰的标示终端焊锡组成，零件温度值，建议和reflow profile的温度限制，湿度敏感值，如无此信息的资料页呈现，宜有清晰的参考何处能查明。
　　（4）为确认无铅/危害物质禁止产品之标章与产品标示之标准JEDEC JESD97 「Marking， Symbols， and Labels for Identification of Lead（Pb） Free Assemblies， Components， and Devices」（May 2004）。
　　■符合性
　　（1）「危害物质禁止符合性」的验证，需产生及提出文件的确认方法与结果，优先于危害物质禁止符合零件的载运。
　　（2）「危害物质禁止符合性」的验证批量特性窗体需提出在每一危害物质禁止符合性零件的递送批次中。
　　（3）验证须依照美国电子工业联盟、欧洲信息通讯技术协会及日本绿色采购调查标准推动计画等所订定的「材料组成宣告指导基准」处理。

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