PCB產(chǎn)品怎么滿(mǎn)足RoHS標(biāo)準(zhǔn)

自從歐盟2003年12月正式將“無(wú)鉛”立法之后，全球電子業(yè)已為之帶來(lái)極大的沖擊，到2006年7月，歐盟關(guān)于報(bào)廢電氣電子設(shè)備的指令WEEE、關(guān)于在電氣設(shè)備中限制某些害物質(zhì)的指令ROHS和日本電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)（JEIDA）及美國(guó)全國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMl）有關(guān)電子封裝產(chǎn)業(yè)的禁鉛、禁鹵已正式生效，投放市場(chǎng)的電子產(chǎn)品不能含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻和限制使用聚合溴化聯(lián)苯或溴化阻燃劑PBB、PBDE等有害物質(zhì)，這必將影響包括PCB產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的全球供應(yīng)鏈的運(yùn)作和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文從原材料管制、無(wú)鉛制程的選擇和管控及SMT電子后封裝三個(gè)方面，全面闡述了下一代PCB產(chǎn)品如何去滿(mǎn)足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求。

1. 原材料的選擇與管制

眾所周知，在PCB產(chǎn)業(yè)中，汞、鎘、六價(jià)鉻幾乎都是不用的，或者說(shuō)除了濕制程加工中的微量含有，不會(huì)被PCB廠商刻意的使用，因此在原材料和制程的選擇上，只要考慮到鉛Pb和鹵素不超標(biāo)即可符合基本的環(huán)保要求，PCB表面金屬處理就是在做到無(wú)鉛（《0．1％pb）上，傳統(tǒng)的PCB（和SMT）產(chǎn)業(yè)中，因大量使用鉛錫合金，如HAL、焊錫膏等。鉛屬重金屬元素，在自然界中分布很廣，是三種放射性元素鈾、釷、錒衰變的最終產(chǎn)物，一旦人體的鉛吸入量超過(guò)其飽和濃度，就會(huì)出現(xiàn)貧血、缺鈣、免疫力下降等癥狀。

為什么要無(wú)鉛焊料？

含鉛焊料的有害性：焊料所含的鉛雖為全使用量的1％弱（3萬(wàn)／5百萬(wàn)噸），而有廣泛擴(kuò)散的可能性難于完全回收。由于環(huán)境污染，憂(yōu)慮鉛中毒等對(duì)人體的影響。在PCB工業(yè)中，鹵素（氟F、氯Cl、溴Br、碘1）的應(yīng)用主要在板材和油墨上。

1.1 材料的篩選

PCB最終加工形成的成品上，主要包含有三大類(lèi)物質(zhì)即：板材、表面處理（金屬）層和油墨。

1.1.1 板材

常規(guī)板材FR-4、CEM-3中，因含有大量溴化環(huán)氧樹(shù)脂，如四溴雙酚、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等，在燃燒過(guò)程中，會(huì)放出極高毒性的物質(zhì)，如二惡英（TCDO）、苯呋喃等，一旦被人體攝入將無(wú)法排出，極大地威脅著人類(lèi)的健康。因此PCB覆銅板產(chǎn)業(yè)中必須以無(wú)鹵基材（氯Cl、溴Br分別小于0．09％）替代，以含磷（P）環(huán)氧樹(shù)脂取代溴化環(huán)氧樹(shù)脂，以含氮（N）酚醛取代傳統(tǒng)的雙氰胺固化劑。

另外，環(huán)保板材還要有較強(qiáng)耐熱性能，能夠承受無(wú)鉛SMT工程260度多次高溫，不變色、不分層、不變形和彎曲。

1.1.2 表面金屬層

目前業(yè)界大多采用環(huán)保焊料HASL“錫銀銅”配方（95．5Sn-3．9Ag-0．6Cn）取代鉛錫合金，環(huán)保PCB表面無(wú)鉛涂覆層應(yīng)具有高潤(rùn)濕流動(dòng)性、較小的熱應(yīng)力、高溫下不易于氧化等特性，便于無(wú)鉛SMT的加工。另外，HASL用助焊劑亦需同步采用環(huán)保易回收型，且與SMT焊劑具有互熔性。

1.1.3 油墨

油墨在PCB上最終保留的包括： 阻焊油墨、文字油墨、塞孔油墨，油墨的成份與板材極為相似，主要含有樹(shù)脂、溴阻燃劑和固化劑，目前不少品牌油墨已經(jīng)做到不含有害物，如日本太陽(yáng)、臺(tái)州、新韓油墨。油墨的選擇不但要符合環(huán)保要求，而且要能承受環(huán)保無(wú)鉛SMT長(zhǎng)時(shí)間多次高溫，不發(fā)生分層變色、脫落、裂紋現(xiàn)象。

1.1.4 無(wú)鉛材料的管制

原材料的管理是環(huán)保PCB生產(chǎn)中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，比如錫條，只要有含鉛的錫條被誤加入純錫槽則會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，而間接物料如助焊劑的殘留也不容忽視，具體可采取的對(duì)策包括：

①制定無(wú)鹵無(wú)鉛原材料的編碼規(guī)則；

②采用顏色標(biāo)識(shí)，在其外包裝和內(nèi)包裝上印有經(jīng)IQA認(rèn)可的“綠色環(huán)?！?a target="_blank">標(biāo)簽；

③在倉(cāng)庫(kù)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)環(huán)保型原材料要單獨(dú)存放，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)人添加；

④實(shí)現(xiàn)“綠色合格供應(yīng)商”認(rèn)證計(jì)劃。

2. 無(wú)鉛制程的選擇和管控：

目前PCB表面無(wú)鉛涂覆層可供選擇的制程包括：電鍍Ni／Au，化學(xué)浸Ni／Au，OSP（有機(jī)助焊護(hù)劑）化學(xué)沉錫Sn，化學(xué)沉銀Ag等。

2.1 無(wú)鉛制程的導(dǎo)入步驟：工程設(shè)計(jì)一技術(shù)開(kāi)發(fā)一可靠性評(píng)價(jià)一材料采購(gòu)一專(zhuān)案推進(jìn)與技術(shù)展開(kāi)

2.2.1 工程CAM設(shè)計(jì)

環(huán)保PCB的工程設(shè)計(jì)是無(wú)鉛制程基本的考量面，CAM應(yīng)考慮到SMT后制程對(duì)PCB的功能影響。

圖形設(shè)計(jì)事例（布線(xiàn)，焊接區(qū)形狀）

l.防止浸流插入零件離開(kāi)，紅眼焊接區(qū)徑小一點(diǎn)。

2.防止浸流QFP架橋QFP傾斜45％。設(shè)虛設(shè)焊接區(qū)。

3.防止軟熔芯片分離基本上照過(guò)去一樣。使保護(hù)膜：開(kāi)口部靠近里面。

防止基板翹曲

□也要注意基板耐熱。特別是關(guān)于吸濕狀態(tài)卜的軟熔峰值溫度，參閱右表。

□浸流：大的基板，承載重量零件的基板，在基板的中央部分準(zhǔn)備可墊上翹曲承（翹曲梁）的考空間。

□共通：布置零件時(shí)考慮盡量使熱容量均勻分布。

□分割用的切痕或薄的多層基板容易受軟熔熱而翹曲，考慮形狀尺寸。

2.2.2 技術(shù)開(kāi)發(fā)

制程的開(kāi)發(fā)管理是環(huán)保PCB生產(chǎn)中重要環(huán)節(jié)，具體可采取的對(duì)策包括：

①環(huán)保和非環(huán)保材料做到不共線(xiàn)或混線(xiàn)生產(chǎn)，如：顯影、成品清洗。

②在MI流程紙上，標(biāo)注環(huán)保產(chǎn)品印符，并在MI上簽名確認(rèn)其無(wú)鉛制程，提醒現(xiàn) 場(chǎng)作業(yè)單位人員。

③環(huán)保產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)施、工裝，要納入目視管理，以顯目的標(biāo)識(shí)加以區(qū)分。

④油墨要能承受環(huán)保無(wú)鉛SMT長(zhǎng)時(shí)間多次高溫，故前處理、基板干燥是極為重要的環(huán)節(jié)，油墨在HASL噴錫或無(wú)鉛SMT后，可能出現(xiàn)孔邊油墨剝離的缺陷，主要就是孔內(nèi)、板面上水氣殘留，高溫時(shí)膨脹而使油墨與銅層分離所致。

⑤阻焊油墨不允許添加稀澤劑，這樣可避免高溫情況下孔內(nèi)油墨殘留溶劑急劇揮發(fā)膨脹而造成的爆孔。

⑥HASL錫槽中Cu含量控制在0.85％以下。

2.2.3 可靠性評(píng)價(jià)。

因此，環(huán)保PCB產(chǎn)品的信賴(lài)試驗(yàn)與非環(huán)保PCB相比，還要強(qiáng)化以下實(shí)驗(yàn)：

①可焊性實(shí)驗(yàn)。（可焊性試驗(yàn)爐中的焊料應(yīng)與無(wú)鉛環(huán)保要求SMT或HASL之焊料保持一致）

②熱沖擊實(shí)驗(yàn)。條件：-40℃／85℃／125℃，3000次后無(wú)裂紋。

③熱循環(huán)試驗(yàn)。無(wú)裂紋，縮孔出現(xiàn)。

④恒溫恒濕試驗(yàn)。條件：60℃ 90-95％RH，500小時(shí)，在長(zhǎng)期高溫高濕下不產(chǎn)生金屬須生成物。

3 環(huán)保PCB在SMT電子后封裝：

3.1 無(wú)鉛焊接SMT的特性：

具有熔點(diǎn)高、低潤(rùn)濕流動(dòng)性、高熱應(yīng)力、潤(rùn)濕性差和易于氧化等特性，此錫鉛焊料要求更嚴(yán)峻的制造條件和質(zhì)量管理。

3.1.1 SMT線(xiàn)設(shè)計(jì)

提高預(yù)熱溫度，控制SMT線(xiàn)速1.2-1.8M/min 傾角3-5度，并進(jìn)行必要的熱補(bǔ)償，使SMT保持在恒溫狀態(tài)。

為確保良好潤(rùn)濕，將足夠的預(yù)熱溫度保持在一定的范圍內(nèi)是特別重要的。

焊料槽溫度

要求基板表面的零件溫度保持在低于保證的熱溫度，同時(shí)確?；灞趁鏈囟葹?50℃?？s短兩個(gè)噴流部之間的距離，確保把第1波與第2波之間的溫度下降控制55℃以?xún)?nèi)。

使用Sn—Ag-Cu焊料時(shí)，也可以停止使用第1波。

3.1.2 手工補(bǔ)焊接

烙鐵溫度370±10℃鉻鍍層80W《3秒，預(yù)熱基材50℃-60℃長(zhǎng)時(shí)間不使用烙鐵時(shí)，應(yīng)擦拭臟物，用新焊料潤(rùn)濕端頭，然后切斷電源，防止氧化。

3.1.3 使用氮?dú)獗Ｗo(hù)，氮?dú)庠跓o(wú)鉛制程的益處

①增進(jìn)制程空間。

②防止氧化及增進(jìn)零件腳吃錫度。

③增進(jìn)外觀的美化，因無(wú)鉛制程其焊點(diǎn) 光澤度較為不明顯。

④減少無(wú)鉛制程因長(zhǎng)時(shí)間高溫產(chǎn)生的退色情形。

3.2.2研究采用低熔點(diǎn)（125℃以下）焊料。

3.2.3采用軟光來(lái)（SB和RF）局部加熱工藝只對(duì)特定的零件進(jìn)行高溫焊接240℃-260℃，耐熱性40S以上。局部加熱采用激光、氙氣、（非接觸式）及熱滑塊，脈沖加熱器（接觸式）。

3.2.41S014000一為客戶(hù)未來(lái)制程的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，綠色大地（無(wú)鉛／無(wú)鹵化物），空氣潔化，助焊劑過(guò)濾系統(tǒng)可過(guò)濾回收90％的助焊劑。

3.2.5PCB的防霉防蛀技術(shù)的采用。

3.2.6可回收、再分解PCB板材（有機(jī)材料）研發(fā)并應(yīng)用。