無鉛法規(guī)發(fā)展對PCB組裝的影響

歷史背景

1990年代初始，在美國、歐洲和日本等國，先后立法對鉛在工業(yè)上的應用加以限制，并進行無鉛焊材的研究與相關(guān)技術(shù)的開發(fā)工作。

含鉛焊材與鉛合金表面實裝技術(shù)（SMT），長期以來，在電子產(chǎn)品制造技術(shù)中被廣泛應用，尤其是Sn-Pb共晶焊料，以其使用的方便性、穩(wěn)定的焊接性、價格的合理性，作為實用的低溫合金，同時，擁有獨特的性質(zhì)（如：低熔點、展延性佳、抗疲勞性佳、高熱循環(huán)、導電性佳、結(jié)合性高），非常適合應用于電子產(chǎn)品。在現(xiàn)下高密度的電子業(yè)的組裝制程中，一直擔任著最合宜且廣泛使用的角色。

含鉛焊錫于電子連接里有三個功用：（一）完成印刷電路板的表面處理、（二）涂于零件表面以提供可焊接表面、（三）將電子零件焊于印刷電路板。

雖說，許多PCB生產(chǎn)者在生產(chǎn)PWB的表面最后處理動作，利用有機焊材（OSPs）等新替代品取代含鉛焊錫，鉛焊錫仍主導鉛處理及持續(xù)為主裝焊錫的選擇。現(xiàn)在，由于電子產(chǎn)品的普遍化與方便性，使得家用或消費市場皆大量使用電子產(chǎn)品，至于考慮到當產(chǎn)品壽命終了而廢棄時（end-of-life），不論以掩埋或焚化的方式作為最終處理，當最終成分透過環(huán)境媒介而回到環(huán)境中時，皆會造成無可彌補的鉛污染，對地球環(huán)境及人類的生存造成很大的危害。

法規(guī)與規(guī)格要求

許多目前正實施或?qū)彶橹械姆ㄒ?guī)對「無鉛電子產(chǎn)品」有莫大影響。因此，這些法規(guī)及其相關(guān)要求的「無鉛」定義，成了我們一個必須了解的需求。在美國水管焊錫及助焊劑中，低于0.2%的鉛含量被視為無鉛。在歐洲由ISO所認定的標準則為0.1%；歐盟汽車壽命終端及危害物質(zhì)禁止指令認定標準為0.1%；然而卻仍無電子組裝的無鉛定義。

■美國的法規(guī)

美國各州的相關(guān)立法活動：目前雖然沒有已知的州要求無鉛化，但著實有些州因已認知到電子產(chǎn)品材質(zhì)對環(huán)境長期的危害性，正開始著手從事電子用品的回收。電子回收指令（ERI）提供對州級及國家層次活動的持續(xù)性觀察。

■日本的法規(guī)

目前并無未決的國內(nèi)法規(guī)特別要求禁用鉛元素，無論如何，日本貿(mào)易部于1998年5月提出回收立法；日本EPA及政府建議減少使用鉛元素以利持續(xù)增加中的回收。1998年翻修的日本住宅電子回收法中，要求OEMs廠商在2001年4月1日前，做好收集及回收四大產(chǎn)品的準備。雖然本法并未提及含鉛產(chǎn)品的使用，然仍有另一法規(guī)禁止公司讓廢棄物中有毒物流至環(huán)境中，這兩項法案為電子產(chǎn)品無鉛化的壓力。

■歐盟的法規(guī)

WEEE/RoHS：由于歐盟內(nèi)國家持續(xù)增加的壓力，EC發(fā)覺草擬管制電子用品有毒元素的立法是有必要的。第一個發(fā)展的「廢電機、電子設(shè)備（WEEE）指令及危害物質(zhì)限制（RoHS）指令」（2002/10），獲電子業(yè)相當大的響應，指令中除了明訂產(chǎn)品壽命終了（end-of-life）后的回收與再利用責任外，亦對鉛、鎘、汞、鉻（六價；Cr+6）、溴化燃阻劑（含于電子用塑料元件或披覆物質(zhì)之中）規(guī)范限制其存在產(chǎn)品之中。

Packing & Packing Directive：1994年提出規(guī)范產(chǎn)品包裝物質(zhì)（內(nèi)包裝、外包裝、運輸包裝）的鉛、鎘、汞、鉻（六價；Cr+6）、聚氯乙烯（PVC）的含量，如2001年止上述金屬限制物的含量總合不得超過100ppm（其中鎘不得高于5ppm）。

End-of-life Vehicle：指令中除了明訂汽車產(chǎn)品壽命終了后的回收與再利用責任外，亦對鉛、鎘、汞、鉻、聚氯乙烯的含量規(guī)范限制其存在產(chǎn)品之中。

電路板無鉛組裝（Lead-Free PCB Assembly）的品管運作

■目的

提供供應商轉(zhuǎn)換產(chǎn)品至無鉛／危害物質(zhì)禁止的符合性；就如制程和產(chǎn)品信賴性在無鉛焊錫上的需求一樣，危害物質(zhì)的符合性也包含材質(zhì)的符合性。

■流程

(1)如JESD46-B，所有改變現(xiàn)存的部品至無鉛／危害物質(zhì)禁止的符合性，應該由制造者以PCN發(fā)行的方式文件化；任何零件變更有關(guān)于無鉛／危害物質(zhì)禁止的符合性應納為重大變更的考量。

(2)如JESD48-A，所有現(xiàn)存部品的產(chǎn)品中止應通知至客戶端。

(3)所有制造商將要進行生產(chǎn)無鉛/危害物質(zhì)禁止的符合性產(chǎn)品時要提供通報，宜提供產(chǎn)品的技術(shù)路徑圖給客戶，以指明計畫的變更和履行的時間表；可行性和產(chǎn)品生命周期信息最近動態(tài)，及無鉛／危害物質(zhì)禁止的符合性產(chǎn)品宜詳細說明。

■兼容性及測試

成套的無鉛零件質(zhì)量認可應包含：

(1)手動、封裝、運輸、使用（IPC J-STD-033A）

(2)焊錫性測試（IPC／EIA J-STD-002最新版）不須清洗及水洗錫膏和波焊助焊劑應含在內(nèi)

(3)焊錫皆合信賴性試驗（IPC-A-9701）

(4)機械性沖擊和震動試驗（AEC-Q100-Rev E/Mil-Std 883）

(5)高溫儲存（AEC-Q100-Rev E／JESD22-A103-A）

(6)錫須生長試驗（參考Reference：NEMI Tin Whiskers Growth Tests, Rev. 4.5）

(7)濕度敏感層測試MSL testing：零件濕度敏感層不宜超過最新的層，在任何情況下可行的測試宜包含舊的與新的部件的比較，濕度敏感層測試宜按IPC／JEDEC J-STD-020（最新版）

■零件確認

(1)所有零件宜有外部包裝盒和內(nèi)部包裝材（盤狀、管狀、滾動條），并標記有標示無鉛／危害物質(zhì)禁止可追溯性信息，這種標記宜同時呈現(xiàn)在零件的包裝上。

(2)所有無鉛／危害物質(zhì)禁止零件宜有新供應商P/N的簽核，附加在已存在的P/N結(jié)構(gòu)的前面或后面皆可接受。

(3)元件的資料頁宜清晰的標示終端焊錫組成，最大零件溫度值，建議和絕對reflow profile的溫度限制，濕度敏感值，如無此信息的資料頁呈現(xiàn)，宜有清晰的參考何處能查明。

(4)為確認無鉛／危害物質(zhì)禁止產(chǎn)品之標章與產(chǎn)品標示之標準JEDEC JESD97 「Marking, Symbols, and Labels for Identification of Lead（Pb） Free Assemblies, Components, and Devices」（May 2004）。

■符合性

(1)「危害物質(zhì)禁止符合性」的驗證，需產(chǎn)生及提出文件的確認方法與結(jié)果，優(yōu)先于危害物質(zhì)禁止符合零件的載運。

(2)「危害物質(zhì)禁止符合性」的驗證批量特性窗體需提出在每一危害物質(zhì)禁止符合性零件的遞送批次中。

(3)驗證須依照美國電子工業(yè)聯(lián)盟、歐洲信息通訊技術(shù)協(xié)會及日本綠色采購調(diào)查標準推動計畫等所訂定的「材料組成宣告指導基準」處理。