电子制造走向无铅化 可靠性难题急需破解

2007-11-14 09:03:28来源: 中国电子报

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。由北京电子学会主办、北京SMT专业委员会承办的2007年北京国际绿色(无铅)制造技术及材料研讨会上,各界专家针对无铅制造的现状、无铅制造存在的主要问题以及过渡和执行阶段有铅无铅混用应注意的问题和解决对策进行了深入探讨。专家认为,目前,无铅的推行已经成为不可改变的事实,我们应从技术上做出选择,把自己所受到的不良影响程度降到最低。

无铅工艺处于过渡和起步阶段

铅污染的问题对人类生存环境以及人体健康造成了极大的威胁,对于电子制造业,以RoHS&WEEE法案为主的一系列规范法规,将铅的环保控制问题聚焦在了焊料的无铅化上,但是焊料的无铅化带来的不仅仅是简单的焊料改变,对电子制造的整个供应链包括元器件、电路板、组装企业甚至用户都产生了一系列影响,深入地了解和认识这些问题,对于无铅化的决策有很大的帮助。

有专家认为,焊料的无铅化带来的不仅仅是焊料本身的变化,对于上下游企业包括印制电路板、元器件和组装企业都有很大的影响,形成了多个技术难点。对用户而言,无铅化还对产品可靠性产生影响,存在冲击性能差、锡须等众多没有完全认识与有效解决的问题,加上疲劳模型的不成熟,必将导致相当长时间内无铅焊点的长期可靠性得不到准确的把握,电子产品将存在不可预知的风险。

公安部第一研究所顾霭云教授在接受《中国电子报》记者采访时强调,虽然国际国内都在不同程度地应用无铅技术,但目前还处于过渡和起步阶段,从理论到应用都还不成熟,没有统一的标准,对无铅焊接的焊点可靠性还没有统一的认识,因此,无论国际还是国内,无铅应用技术都还非常混乱,大多数企业虽然焊接材料无铅化了,但元器件焊端仍然有铅。究竟哪一种无铅焊料更好,哪一种PCB焊盘镀层对无铅焊更有利,哪一种元器件焊端材料对无铅焊点可靠性更有利,无铅焊对印刷、焊接、检测等设备究竟有什么要求,这些都还没有一个明确的说法。“这种状态对无铅焊接产品的可靠性非常不利,目前迫切需要加快对无铅焊接技术从理论到应用的研究。”顾霭云认为。

无铅焊接可靠性问题受关注

无铅焊接可靠性是目前制造厂商和用户都十分关心的问题,尤其是当前正处在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,甚至在可靠性的测试方法也没有标准的情况下,可靠性是非常让人担忧的。

美国伟创力等一些大公司对可靠性做了一些试验,试验结果大体上有一个比较相近的结论:大多数民用、通信等领域,由于使用环境没有太大的应力,无铅焊点的机械强度甚至比有铅的还要高,但在使用应力高的地方,如高低温、低气压等恶劣环境下,由于无铅蠕变大,无铅比有铅的可靠性差很多。顾霭云认为,无铅长期可靠性目前还没定论,这也是一些高可靠性产品获得豁免的主要原因之一。

KIC特约顾问薛竞成介绍说:“从我这几年和西方专家级研究人员的交流中发现,的确没有专家很有把握地告诉我们可靠性没问题。他们都会很小心地加上一句,我们仍然需要进一步的研究和观察。无铅的研究虽然已经有15年,但实际应用在产品上只不过5年,这不论是在时间上还是使用上,都无法提供给我们很有信心的数据和经验。”

清华-伟创力SMT实验室王豫明在接受《中国电子报》记者采访时强调,电子产品的可靠性是指整个连接系统,而不单指焊点,它还包括PCB、元器件等。“无铅焊接与锡铅焊接相比,只有短短十几年的时间,而研究锡铅的可靠性已经有四五十年了,很清楚地知道有哪些问题。无铅我们还不知道有哪些问题。有些问题有答案,有些问题还没有答案,只是刚刚提出来,对于无铅可靠性的问题是工业界面临的最紧迫的问题。”王豫明说。

无铅制造人才是关键

作为电子制造大国,无铅化电子组装是中国电子制造业目前面临的巨大的市场和技术挑战,跟上无铅潮流也是中国电子制造与国际电子制造业接轨的契机。

有专家认为,无铅转换促进现有电子组装的设备和技术的更新,和新材料的应用。然而,实施无铅化的生产需要跨越较低端的“设备操作型”技术门槛。这是因为,仅仅有相应的机器和材料,如果企业的工程人员不具备深层次的焊接工艺和材料性质的知识,企业将很难对产品的质量成本进行控制。另外,无铅过渡还将要求企业的工程技术和管理人士,接受先进完善的生产制造和供应链的运作管理观念,促进企业向技术型生产管理转型。

日本欧姆龙公司平冈羲明认为,当前在中国的表面贴装产业中面临的最大问题:一是环保要求的焊接无铅化,二是如何保持生产利润,其三就是缺少具有丰富经验的工程技术人员。这三点都是目前中国表面贴装加工企业亟待解决的问题。

可以说跨越绿色电子组装的技术门槛,是企业提高工艺技术、产品可靠性意识、生产制造管理水平以及商业竞争力的难得的时机。

关键字:焊料  组装  检测  印刷

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