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无铅产品制造技术           
无铅产品制造技术
作者:  文章来源:   更新时间:2006-6-12

WEEE RoHS法规之间关系的考量,RoHS指令是产品在设计端的物料取得时就必须考虑,废弃时则需考虑WEEE指令包括回收端。目前不少国际大厂制造商,都有其对应WEEERoHS的计划,针对物料供应要求,其中SONY早就提出相关计画SONY GPSS-00259,华硕计算机(ASUS)也将沿用此计划。 

    电子产品在经过使用后,不论是适当处置或是不当的处置,经过时间变化,其中的有害物质或多或少都会渗入土壤、空气及水。由于铅会溶于酸性水(酸雨),易渗入地下水,成为饮用水潜在危机;同时会沉积人体内,血液中含量超过25mg/dl就出现中毒现象,铅也会影响神经系统,会造成新生儿IQ降低。

   「铅」对人体及生态环境的残害,近几年来愈来愈受到欧美日 各工业大国的重视。因此在1990年初,欧、美、日各国针对人类健康,先后立法限制铅使用,美国环保署(EPA)希望在十年内美国民血液含量由12.8降 至2.8mg/dl,规定TRIToxics Release Inventory)厂商使用申报量由25000 lb/year降至100 lb,饮用水铅含量不可超过15ppb,同时日本环保法规要求地下水含量不可超过0.3ppm0.3mg/dl)。

 

电子产品设备的除铅立法

    财团法人台湾电子检验中心(ETC)吴锦銮表示,目前铅在工业上的使用状况以电池为主,约占有八成的比例,其次则使用在军火及涂漆上,另外电子制造业常用的铅板及焊料等(0.49%),都是铅的运用范围。在国际限用铅的规范上,WEEE指令是唯一载明要求减少或去除PCBs中铅元素的立法,着重在电子产品的设计及生产,以减少对环境的冲击,主要是针对要靠电力或电磁场作用方可正常运作的设备及使用电压不超过1000V交流电及1500V直流电的设备。

    受到WEEE指令规范的电机电子设备项目共有10大项,包括大型家用电气产品、小型家用电气产品、信息及通讯设备、消费性电子产品、照明设备、电动工具、玩具、医学设备、监视及控制设施、自动贩卖机等。但是军事、国防及航天则不在受限之列。

在「限制电机及电子设备使用特定危险物质指令」 (RoHS)里,在电子、电机方面也有特定有害物质的限用。RoHS4条里明确规定,自200671日起,上市的新电机电子设备不得含有铅、汞、 镉、六价铬、聚溴联苯(PBB)、聚溴苯醚(PBDE)。但是欧盟执委会环境总署在936月提出拟修改RoHS指令附件内容对下列项目的危险物质含量及应用原本给予的豁免(修改豁免名单),包括Deca DBE、水银用于直管萤光灯管做特殊用途、铅使用于网络交换/信号/传输等通信系统相关设备之焊钖及灯泡等四项。

    吴锦銮表示,WEEERoHS法规之间关系的考量, RoHS指令是产品在设计端的物料取得时就必须考虑,废弃时则需考虑WEEE指令包括回收端。目前不少国际大厂制造商,都有其对应WEEERoHS的计 画,针对物料供应要求,其中SONY最早就提出相关计画SONY GP计画及SS-00259,国内笔记型计算机制造大厂华硕(ASUS)即沿用此计画。其它如PHILIPSAR17-5051-126等等。
    对于产品品质可靠度的要求,SONY2002年即提出相关规范,主要针对零件部分,DELL则针功能性产品、其它如PHILIPSNECIBMHP等等,都有其各自的要求,且陆续改版中,厂商应注意最新的讯息。

    因此,估计未来35年间,传统的含铅组件及含铅制程技术,将逐渐被无铅组件及无铅焊锡所取代。因此在无铅产品可靠度测试技术的议题上,将会被广泛的讨论。

 

无铅制作技术的考量参数

    在产品制程及物料供应链,在产品品质可靠度评估上,吴锦銮 表示,无铅化制程参数必须考量包括合金的选择、助焊剂的选择、板面材质及拋光面、零件材质及拋光面、波焊机器的设定及熔焊机器的设定等方向。合金选择则以焊点、零件脚被覆、PCB表面、BGA/CSP凸块、晶元固着焊料为重点。在选择替代焊料时的考量,则需以包括熔点与锡铅焊料相近、二相区窄、润湿性佳、无激烈界面反应、热胀系数与底材相当、导电性、导热性、机械强度、(热)疲劳特性、抗蠕变、现有助焊剂可用、Dross(钖渣)低、低价来源稳定、无毒性等方向为主。

    厂商在选用理想的无铅焊锡材料系统时,首先要以符合法规要 求(铅含量)为考量,其次包括主流合金系统(信息及配合系统取得)、价格低、来源稳定(材料成本2-4倍)、专利问题解决、原有制程设备可使用、制程条件 变动小、可制性佳、焊点品质与可靠度佳等都要纳入考量范围。不过,在采用无铅焊时,也将会引发像IPR(专利)问题、制造性/品质良率、修理、其它失效机 制(如锡须)、可靠度(如大于8年)及相关检验测试规范等相关议题,目前在无铅化电子零组件上,有几项验证趋势的议题:制造性(可焊接性、焊锡与助焊剂特 性、标示)、高温耐受性(电性、机械特性可以耐受无铅锡炀制程)、品质与可靠度(焊点可靠度/锡须/产品可靠度)及在试验分类的趋势(焊点寿命、锡须、端 子耐热熔解)等。至于在印刷电路板上,目前PCB板可靠度特性评估方向包括:焊垫表面处理湿润性、铜箔附着性、导体特性、孔阻特性、离子迁移特性、耐燃 性、环境耐受性(机械、化学、温湿环境)、软板可挠性、软板伸缩力等。

    吴锦銮最后指出,目前全球产业面临物料供货商面对多元化产 品特性的市场需求,及零件厂针对电镀面如何配合客户的制程要求的产业状况。而PCBA组装厂则面临了制程条件、选择零件、如何找到最佳的材料、参数设定等 难题;系统组装厂更面对的客户对于功能及产品可靠度的要求。因此厂商将会转往寻找可靠的第三公证实验室,评估实验室的条件比能量、比技术、比时效及实验室如何协助做好规划;此外,面对无铅化制程的要求趋势,设备商更可利用此时机,有效切入市场,争取最大商机。

 

利用三项高加速技术进行产品设计

    山卫科技总经理吴孝三表示,国际上,HALT/HASS技术在欧美大厂的导入已近十年,对其整体研发设计的工作产生很大的具体效益,台湾产业正朝向ODM发展,应用这种技术同时获得缩短产品研发周期及加速上市时间、在设计阶段就能快速的掌握较佳的可靠度成果及大量降低产品失效的风险及成本等利益。HALT的应用,除了在改善设计之外,为了配合国际大厂对于无铅产品的可靠性验证,亦可以进行多种用途的研究,例如:无铅焊钖研究及制程。吴孝三指出,未来无铅焊锡的挑战,将包括括材料、制程及可靠度等议题。

    HALTHighly Accelerated Life Testing)高加速寿命试验,以不同加速因子所产的应力施加于待测物,使待测物在非常短时间内发生失效试验,厂商可以此失效模作为产品改善的基础。 HASSHighly Accelerated Stress Screen)高加速应力筛选,利用加强的环境力,快速筛选制程瑕疵及零件。HASAHighly Accelerated Stress Audit)高加速应力稽核,当制程已完全掌控,满意产品品质时,可以利用采样检测,稽核产品制程是否漂移。

    如何应用高加速寿命试验进行产品设计确认,如何应用高加速应力筛选提高产品的可靠度是此技术主要目的。吴孝三表示,HALT/HASS的效益包括降低成本、改善产品可靠度、加速产品上市、减少保固成本、延长保固期、加速设计及制造成熟及提高MTBF(精确掌握产品生命周期、积极面对瑕疵原因)等。经过近几年的酝酿下,部分国际3C大厂陆续决定向全球各地的供货 商,正式要求对PCBA级的产品,执行高加速寿命试验的流程。电子业是继航天、军工业外,另一个非常重视高加速寿命试验的产业。因为高加速寿命试验不仅是一能快速确认设计的程序,更重要的是,原厂可以藉由高加速寿命试验的结果,深入的了解每个供货商的技术况状及瓶颈。未来,当原厂再选择供货商时,因为产品 「可靠度」所当握的无形价值,将成为维持双方伙伴关系的重要因素,而不再只考虑价格因素。
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