欧盟rohs指令对电子产品可靠性的影响

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1、欧盟RoHS指令对电子产品可靠性的影响欧盟RollS指令对电子产品可靠性的影响高义田(广州飒特电力红外技术有限公司510730)目前,全球每年产生的电子垃圾达3000—5000万吨,特别是欧美等发达国家,由于电子产品的更新换代速度快,电子垃圾的产生速度也非常惊人.电子垃圾主要由废弃的家用电器,通讯工具,电池类产品组成.目前,我国也将迎来了电子产品报废的高峰期.欧盟已经采用许多法律手段来禁止和限制电子行业铅的使用.2003年2月13日,欧盟委员会通过了RoHS指令,该指令规定从2006年7月1日起,进入欧盟市场的电子电气产品不得含有铅,汞,镉

2、,六价铬,多溴联苯,多溴二苯醚等6种有害物质,要求企业开发应用符合标准的环保材料.RollS指令连同之前发布的WEEE指令,强制一些生产企业为了能继续出口自己的产品,不得不更改自己的工艺,更换自己的原材料.根据SGS官方统计,测量～台电视机的电子元器件和PCB等费用就高达30万元,对一般规模的厂家都是很大的负担,因此厂家多数对生产流程和其他流程的原材料进行控制必须从生产流程和各个流程的原材料进行控制.目前,电子制造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

3、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.本文主要从几个方面来介绍RollS指令对产品可靠性的影响.一.对元器件供应商的影响.很多元器件以前对温度的可靠性都是对铅锡焊料的温度(180℃)设计的,使用无铅焊接后,焊接温度更高,原来的元器件还能不能满足可靠性要求.常用无铅焊接使用Sn—Ag—Cu焊料温度为210oC无铅工艺对元器件的挑战首先是耐高温,必须要考虑高温对元器件封装的影响.由于传统表面贴装元器件的封装材料只要能够耐240oC高温就能满足有铅焊料的焊接温度了,而无铅焊接时,对于复杂的产品焊接温度高达260℃,因此元器件

4、封装能否耐高温是必须考虑的问题.5O另外还要考虑高温对器件内部连接的影响.IC的内部连接方法有金丝球焊,超声压焊,还有倒装焊等方法,特别是BGA,CSP和组合式复合元器件,模块等新型的元器件,例如倒装BGA,CSP内部封装芯片凸点用的焊膏就是Sn一3.5Ag焊接,熔点221℃,如果这样的器件用于无铅焊接,那么器件内部的焊点与表面组装的焊点几乎同时再熔化,凝固一次,这对于器件的可靠性是非常有害的.因此无铅元器件的内部连接材料也要符合无铅焊接的要求.有铅元器件的焊端绝大多数是Sn/Pb镀层,而无铅元器件焊端表面镀层的种类很多.究竟哪一种镀层最好

5、,目前还没有结论,因此还有待无铅元器件标准的完善.无铅工艺对助焊剂的要求,首先由于焊剂与合金表面之间有化学反应,因此不同合金成分要选择不同的助焊剂.无铅焊剂必须专门配制.随着无铅进程的深入,由于焊料厂商的努力,无铅焊膏质量有了很大改善.目前的无铅焊点从外观上看已经比前几年有了改善.另外高温对元件有不利影响.陶瓷电阻和特殊的电容对温度曲线的斜率f温度的变化速率)非常敏感,由于陶瓷体与PCB的热膨系数CTE相差大,在焊点冷却时容易造成元件体和焊点裂纹,元件开裂现象与CTE的差异,温度,元件的尺寸大小成正比.0201,0402,0603小元件一般

6、很少开裂,而1206以上的大元件发生开裂失效的机会较多.铝电解电容对温度极其敏感.连接器和其他塑料封装元件(如QFP,PBGA)在高温时失效明显增加.粗略统计,温度每提高10℃,潮湿敏感元件(MSL)的可靠性降1级.解决措施是尽量降低峰值温度,对潮湿敏感元件进行去湿烘烤处理.二.对PCB生产厂商的影响:PCB作为各种元器件的载体,其可靠性相当重要.从PCB组成上来看,主要有板材,防焊剂,字符,表面处理.对于防焊剂,字符,表面处理主要是成分上的控制,表面处理可使用无铅的喷锡和沉金或osp等.对于板材,从成分上来看有很多人误解,因为板材中含有溴

7、,是作为阻燃的一种成明电酱2—009c.0m7-1WWWSChInaoqCm●I技术.创新■分,但溴的存在状态并不是RollS所禁止的多溴联苯和多溴联苯醚.从可靠性来讲,一块PCB的几种基本物质为铜,树脂和玻璃纤维布.无铅焊接的更高温度,如果将一个PCB看成一个立体长方形,在xy方向上,铜焊盘和树脂的热膨胀的差异会导致焊盘的脱落,导致器件和PCB脱离.在Z方向上,孔内镀铜和树脂的受热膨胀的差异会导致孔壁被拉断导致开路.在PCB的内部,树脂和玻璃布的热膨胀的差异又会导致整个PCB的分层.设计的叠层如果不是中心对称,更容易导致翘曲的产生从而导致

8、虚焊.对于设计者来说,选择板材很重要.目前一般的硬件工程师选择的材料,TD>300度tg>17OCTE在xyz方向尽量小.能满足T260,T280,Q1000最好.三