电子制造走向无铅化 可靠性难题急需破解

电子制造业中大量使用的锡铅合，金（Sn／Pb）是污染人类生存环境的重要原因之一，世界各国都在推行电子制造领域的无铅计划。目前，电子制造正处于从有铅向无铅材料过渡的特殊时期，无铅材料、印制板、元器件、检测、可靠性等方面都没有标准，在无铅工艺方面，我国目前还处于比较混乱的阶段。由于有铅和无铅混用时，特别当无铅元器件遇到有铅工艺时会发生严重的可靠性问题。     

元器件无铅化导入技术要求

从电子产品整机厂商的角度,描述了如何保证无铅元器件的可靠性。由于主流无铅锡膏合金为锡银铜系列,其合金的熔点从传统锡铅共晶(锡37%铅)的183℃上升到217℃,随着焊接温度的提高,要求元器件能承受的温度增高,且合金成分也与有铅不同。必须通过对无铅元器件进行相关认证以及可靠性试验验证,如:外观包装要求、元器件耐热要求、可焊性要求、引脚镀层要求、以及相关可靠性试验等方面,以保证从有铅到无铅的成功转换、进而保证产品的长期使用的稳定性和可靠性。     

在实施无铅焊接工艺前应考虑的几个问题

前言：多年来，锡铅焊料在电子元器件的焊接中起到了重要的作用，然而，近十几年来，由于人们对其赖以生存的环境越来越重视，所以，对锡铅焊料的使用加以限制乃至完全取缔。因此，国际上各有关生产厂家研制出各种不同的锡铅焊料替代产品，即：无铅焊料。在实际的生产应用中这些替代产品还不能够完全与锡铅焊料蓖关，在兼容性和可靠性等方面还需进一步完善。本文主要对实施无铅焊接前应考虑到可能出现的问题，并针对无铅焊料在生产中出现的问题做一些简要的分析，以防止类似缺陷的产生或少出现这样的问题。[编者按]     

采用锡铅焊膏粘接的Sn—Ag—Cu BGA元件的焊点可靠性

在转向无铅电子产品过程中，元件供应商可能需要支持无铅和合铅元件的双线生产。而这可能合在生产制造中引起广泛的后勤问题。全部使用无铅元件是这个问题的一个解决方法。因此，用锡铅共晶焊膏粘接的Sn-Ag—Cu BGA元件的焊点可靠性需加讨论。在这篇论文中介绍了对两种无铅封装：超细间距BGA(VFBGA)和层叠式CSP(SCSP)的焊点可靠性评估结果，它们是应用锡铅共晶焊膏贴在PCB板上。而这些封装都是采用不同的回流曲线在标准的锡铅组装条件下组装的。采用合保温区或斜升区的热度曲线。回流峰值温度为208℃和222℃。组装后PCB(称为板级)进行温度循环(-40℃—125℃，每个循环30分钟)和落体实验。下面将会详细叙述失效分析。     

高可靠产品有铅和无铅混装工艺的质量控制

目前我国军工电子产品普遍存在有铅和无铅元器件混装焊接的现象，有铅和无铅混用时，可能会发生材料之间、工艺之间、设计之间不相容等问题，影响电子产品的可靠性。军工产品可靠性是第一位，既要保证焊点质量，又要保证不损坏元器件和印制板。本文通过对有铅和无铅混装焊接可能发生的不相容问题分析，对高可靠产品有铅和无铅混装工艺的质量控制方案提出一些建议。文章中的观点供参考并与同行共同讨论。     

浅谈Sn-Ag-Cu无铅焊料的可靠性

随着电子组装技术的发展,电子产品在制造过程中使用的焊料也随之更新换代,由原来的使用锡铅焊料改为使用无铅焊料,特别是Sn-Ag-Cu焊料,以满足WEEE和RoHS指令以及其他方面的要求。然而,使用无铅焊料却带来了一系列的问题,这些问题自然影响到产品的可靠性和使用寿命,因此,成为业界最关注的热点问题。文章主要讨论了Sn-Ag-Cu焊料的可靠性等问题。     

在航空电子应用中无铅和混合系统组件（SNPB/无铅）的制造和可靠性

由于环境和政治方面的原因，尽管电子产品中铅的使用对环境的明显的影响的潜在趋势还不明确，但是，电子产品中禁止使用铅是人们不可回避的热点话题。由于受到工艺和可靠性的限制，禁止使用铅的立法已将整个产品目录删除。看起来是多种方式的电子制造，也就是说，某些组装将使用传统的共晶焊料，而其它的一些组装将使用不同的无铅合金，是确定无疑的。多种方式的制造结果就是产品要求使用SnPb和无铅元件。本文的研究旨在为航空电子工业提供无铅和混合系统组件的可靠性数据。 为了分析在极端的环境下几种设计和组装工艺的变量而设计了一种CCA测试媒介物。CCA变量包括焊膏类型、焊料凸点类型、器件类型和使用的底部填充材料。焊膏包括Sn63／Pb37和（95．5Sn／3．8Ag／0．7Cu）合金。焊料凸点是SnPb或者是无铅的。器件类型包括间距为0．5、0．75、0．85n1．27mm的面阵列元件。可以考虑使用的底部填料有不可返修的底层填充或可以返修的底层填充。 测试媒介物的设计可以通过测量菊花链环路的电阻来实时监控焊点互连。使用热循环来强化环境测试中的CCA。热循环曲线是由55℃-125℃范围内8的温度构成的，在达到一定热量时停滞15分钟；在冷却温度下停滞10分钟，每分钟的升温速率为5℃-10℃。     

基于Sn-Zn系列的无铅焊可靠性分析

铅和铅的化合物有害人身健康，破坏环境。本文介绍了无铅焊料研究开发的迫切性和开发新型无铅焊料应满足的要求。从抗氧化性和提高浸润性两方面对SnZn焊料的可靠性进行了分析说明。介绍了微合金化和N2对SnZn可靠性的影Ⅱ向，并作出了其基本回流温度曲线示意图。     

有铅无铅高密度混装工艺技术研究

随着电子产品无铅化的不断推进,在高可靠电子产品组装中,采用有铅焊料焊接有铅无铅镀层器件并存的情况不可避免。因此混合焊接工艺和焊点的可靠性是研究的重点。本文提出了有铅无铅高密度混装工艺研究方法,针对有铅无铅镀层兼容性、高密度混装再流焊工艺、及有铅无铅高密度混装焊点可靠性开展技术研究工作,并与同行业者分享阶段性研究成果。     

Sato′S铅染液的改良及长期贮存法

Ｓａｔｏ′Ｓ铅染液的改良及长期贮存法杨传红赖晃文（广州军区广州总医院医学实验科，广州５１００１０）目的：解决铅离子与空气中的ＣＯ２结合，形成铅颗粒沉淀在超薄切片上，污染超薄切片的问题。方法：使用改良后经双层微孔滤膜过滤的Ｓａｔｏ′Ｓ铅染液，并在使用前...     

浅析ROHS限制的物质-铅

本文简要介绍了ROHS限制的铅(Pb)物质,包括基本性质和毒性、主要使用场合、无铅焊接潜在的替代品和存在的典型可靠性问题.     

过渡时期无铅焊接可靠性探讨

目前正处于从有铅产品向无铅产品过渡的特殊阶段。由于对铅焊点的长期可靠性等方面问题的研究还处在初期研究阶段,有铅和无铅混用时,可能会发生材料之间、工艺之间、设计之间不相容等问题而影响电子产品的可靠性。本刊将通过三期连载的形式分别讨论过渡阶段有铅、无铅混用对可靠性的影响,以及通过对有铅、无铅混用制程分析,介绍不同工艺（再流焊与波峰焊）、不同的元件（无引线或有引脚元件与BGA、CSP等球珊阵列元件）、不同混用情况对焊点可靠性的影响及过渡阶段有铅和无铅混用的应对措施与应注意的问题。     

电子产品维护是难题欧盟禁铅令雪上加霜

Component Obsolescerice Group(COG)日前忧虑，欧盟禁止在电子设备中使用铅原料，这有可能加剧电子产品的维护问题。由于配件陈旧，那些价格昂贵、使用周期长的电子产品的维护一直是个难题。铅被广泛用于电路板焊接材料，但欧盟发布Roh环保指示，铅作为危险物质要在2006年7月开始禁止用于电子产品中。     

两段式铅套管收口成型电缆接头盒

两段式铅套管收口成型电缆接头盒北京电信发展总公司赵沛目前，国内外铅包电缆接头盒，普遍采用铅套管作为密封材料，由于这种材料耐腐蚀、防潮性能好、寿命长，至今仍在使用．由于电缆对数多少不同，所用的铅套管直径也有所不同，铅套管的直径一般都比电缆外径大几倍，在...     

欧洲从2008年1月起禁止使用含铅焊剂

据统计，目前全世界每年共消耗473万吨的铅；其中，日本每年共消耗27万吨的铅，占世界总量的5．4％左右。另外，在日本的电子工业中，作为焊剂使用的铅每年要消耗掉9 000吨（如图1所示）。如此大量地使用铅，对环境和人类的侵害可想而知。 到目前为止，处理废弃的电子设备中的焊接印刷电路板大多数均采用粉碎处理后填埋的方法。由此带来频繁的酸雨，以及焊剂中的析出铅还会污染地下水和土壤，变成生活用水就有可能进入人体，这是不可否认的事实。为了防止这样的事态继续发展下去，必须对铅的使用进行严格的规定。 实际上，最近几年已陆续出…     

无铅组装中焊点可靠性评估—Steve Dowds．Circuits Assembly

尽管研究在继续，目前最可靠的选择仍然是锡／银／铜合金(尽管铅可能在组装中的任何地方出现)。一旦从电路板面层、元件和紧固件中除去了铅，锡／银/铋合金的低熔点和改进的可润湿性可能证明更可取。作者还发现，整体合金性质，包括疲劳强度和连接强度，对无铅焊料的可靠性不是有意义的指标。而且，在低温和应变范围内，无铅焊料表现出高达锡铅焊料两倍的疲劳寿命，最后，仍没有抗疲劳焊料的迹象。     

无铅焊接的可靠性分析

目前,电子制造业正处于从有铅向无铅焊接过渡的特殊阶段,无铅材料、印制板、元器件、检测、可靠性等方面都没有标准,由于有铅和无铅混用时,特别是当无铅焊端的元器件采用有铅焊料和有铅工艺时会发生严重的可靠性问题。这些问题不仅是当前过渡阶段无铅焊接要注意,而且对于过渡阶段的有铅焊接也是要特别注意的问题。     

有铅与无铅混用问题举例

首先，有铅工艺遇到无铅元器件。 有的SMT加工厂，虽然还没有启动无铅工艺，但是也遇到了无铅元器件、特别是BGA／CSP和LLP。有的元件厂已经不生产有铅的器件了，因此采购不到有铅器件，这种知道采购的器件是无铅的情况还不可怕，因为可以通过提高焊接温度，一般提高到230—235℃就可以。还有一种措施可以采用无铅焊料和无铅工艺，因为目前过渡阶段普遍情况是无铅焊料和有铅焊端混用，其可靠性还是可以被接受的。但是最糟糕的是无意中遇到了无铅元器件，生产前没有发现，生产中还是采用有铅焊料和有铅工艺，结果就非常糟糕，因为有铅焊料和无铅焊端混用效果最差。     

无铅电子组装中的铅污染及其可靠性的影响

随着欧盟禁止铅用于2006或2007年之后所生产和进口的电子产品的RoHS／WEEE法规的可能颁布(已于2003年2月13日颁布-译者注)，以及国外公司的竞争导致无铅电子组装工艺在全球的推广，有关各种合金的一致性和可靠性的问题便被提出。即，该选择何种合金?本文将深入地研究Sn／Ag，Sn／Ag/Cu和Sn／Cu合金并比较它们的可靠性测试结果和相关工艺。但是，本文首先会谈谈常被误解的无铅组装中的铅污染问题。也会提及元器件或线路板上的铅会减弱无铅焊接接头的可靠性从而导致焊点失效。     

表面贴装行业的无铅化现状与趋势

将金属铅用作低温焊料已有多年的历史，其优点在于铅锡合金可在较低温度下熔化，而且铅的储量丰富、价格便宜。但随着人们环保意识日益增强，作为污染土壤和地表水的潜在因素，业界对铅的使用限制越来越多。尽管电子行业所用的铅占不到世界铅耗量的1％，但由于该行业所废弃的焊接件占废弃铅元素比例迅速增加，