八大重金属规范禁用物质包括:
镉(Cd) , 铅(Pb), 汞(Hg), 砷(As), 铬(Cr), 钡(Ba), 锑(Sb), 硒(Se)等八大重金属,及氟氯碳化物(CFC).
在电子业之用途:
镉金属或粉末可在镍-镉(NiCd)电池中用作阴极电极物质。
也可与
铁、钢、铝基材料、钛基合金或其它非铁合金,作为在电解沉积、
真空沉积或机械式沉积时的涂料。
此外在低熔点硬焊、软焊及其它
特殊合金中亦作为一种合金元素。
镉之危害:
自从1950到1960年代日本发现不利人体健康的效应之后(痛痛
病),镉对健康及环境的影响开始被广泛地讨论。
其中最显着的效
应是,工作者因职业而曝露于高浓度的含镉熏烟或悬浮微粒的灰尘
中,会影响肾脏及呼吸系统。
最被彻底研究的人体健康效应是肾脏
衰竭,起因于长时期的高剂量曝露。
所以大部份已开发国家已设定
镉的职业曝露标准,在大气中2mg/m3到50mg/m3之间,可以保
护人体具有40到45年的正常工作寿命。
禁用范围:
为了降低工作者曝露于镉中、确保含镉产品对消费者造成的曝露及
风险达到最小,在欧洲国家,镉及某些含镉产品被EC指令
76/769/EEC、91/338/EEC、91/157/EEC及1989欧洲执行委员会
镉行动方案所限制。
瑞典、丹麦、荷兰、瑞士、奥地利及挪威也在
EC限制含镉产品如色素、稳定剂及涂料(91/338/EEC)之前,就施
行含镉产品的管制。
但目前除了欧盟国家之外,世界上没有其它国
家对含镉产品管制。
EEC(European Economic Community)欧洲经济共同体
RoHS:(Reduction of Hazardous Substances;电子产品有害物质限制)
该指令所规范的电机电子设备自2008年起不得含有镉。
以下除外
•硒光电池表面之氧化镉
•特定物品中为防腐蚀所使用的钝化金属镉
•重金属铅、镉、汞使用于原子吸光谱仪中之中空阴极管与其它
重金属量测设备
TCO’01-Mobile Phones:
手机中的镉含量不得大于5ppm。
欧洲各国含镉量标准:
国家含镉量公布年
EU(欧洲) 100ppm 1991
UK(英国) 100ppm 1993
France(法国) 100ppm 1995
Denmark(丹麦) 75ppm 1993
Germany(德国) 100ppm 1993
铅对人类的大脑、神经系统、肝脏、肾脏等伤害很大,铅锡焊料中的铅若渗入土壤中,也会对地下水源造成污染,而且将铅分离出来的过程中很可能造成其它污染,故于先进的环保法规中,渐渐限制对铅的使用。
日本方面,1998年颁布实施废物回收法,规定电子产品必须减少铅的使用并加强产品的回收。
日本焊接协会(JIS)则加紧探讨无铅焊锡的标准和评测方法,希望能制定JIS的标准规格。
电子信息技术产业协会(JEITA)也计划制订有关封装方法的标准。
欧洲方面,电子工业制造商成立一个无铅焊料电子配备(EEE)使用之全球性联盟,2003年底将有1/2的电子业者使用无铅焊料电子配备。
欧盟于1998年开始拟定电子废弃物处理原则,已初步通过,其中提到将对电子产品限制铅的使用,含铅焊料也在禁止之列,此规定最迟将于2004年1月开始实施。
欧洲欧盟的ROHS (Reduction of Hazardous Substances;电子产品有害物质限制)预计将在2006年立法生效,欧盟提议至2008年全面禁止使用电子含铅焊料。
二、无铅封装相关研究蔚为全球风潮
铅和锡被广泛用于半导体封装,传统铅锡合金因为具有优异的机械强度、润湿性、抗腐蚀性、抗疲劳性及价格便宜等优点,被大量的应用在软焊制程上。
在封装技术产品中,铅锡凸块的应用范围则相当广泛,自高脚数到低脚数之IC 皆有使用,不论是PTH、SMT、BGA(球栅数组封装)、Flip Chip等,都需要经过接合步骤,例如封装管脚涂层、功率集成电路封装的芯片焊接、在BGA中的锡球等。
其可满足高电性、高散热、高可靠性及轻、薄、短、小等功能,应用之产品包括3C、多媒体、网络、IA等。
无铅焊料因为环保问题的考虑,在半导体封装产业中日益重要,目前无铅焊料的成本还无法达到含铅材料的水平,相对于铅锡合金,各种合金,如锡、铋、银、铜、铟及锌,均要求较高焊接技术温度,而且其液相点比较高,提高了对焊接设
备、线路板材料及元器件等耐热性要求,在整体上增加了产品成本。
各国厂商在环保需求与法令规定下,发展无铅技术并没有停滞,纷纷研究、开发各种无铅焊接合金及焊接技术。
Sn/Ag/Cu/Bi(铋)和Sn/Ag/Cu、Sn/Cu这三种合金成为替代铅/锡的无铅焊接材料,日本的厂商倾向于使用Sn/Ag/Cu/Bi合金。
美国的厂商看好Sn/Ag/Cu合金,美国则在1992-1996年间执行NCMS计画,系统地开发无铅的替代方案,1999年五月50多家电子制造商、政府、供货商代表与学术机构等成立所谓的「NEMI Lead Free-Readiness Task Force」,研究无铅电子产品的材料与制程。
英国在1998年底也有一项ITRI(International Tin Research Institute)计画,进行类似的研究。
欧盟则在1996-1999年间,进行由欧洲主要电子制造商组成的IDEALS计画(包括GEC Marconi、Multicore、Philips、Siemens、Witmetaal等),研究焊接的材料、技术上可行的取代方案。
台湾方面,工研院电子所结合包括本地厂商硅品、日月光、南亚塑料、华泰、神达、广达、神基、华宇、鸿海、南茂、华通、慎立、亚旭、微星、楠梓电、台达电16家业者组成「环保构装联盟」,研发Sn/Ag/Cu合金的无铅封装制程。
技术需求:
非铅系列焊锡元素在来源、产量、价格无法与含铅锡合金优良特性相比,所以至目前为止,只有手工焊锡与冲波形焊锡有商业性产品出现。
但是由于表面粘着型焊锡制程温度控制范围较为严苛,虽然有Sn/In/Ag等等产品的推出,但是在价格上不具竞争力及制程上之种种的限制上无任何客户采用。
无铅焊料以锡与银,或锡与铜合金者最常见。
焊温平均上升30℃,可能带来焊锡性较差而必须将助焊剂的活性加强、沾锡力(Wetting Force)欠佳下不得不增加"触修"(Touch Up)成本、零件脚与板面焊垫之可焊处理困难等问题。
新焊料至今尚无法完全取代现行63/37锡铅共融合金(Utetic Alloy)优良焊料之广泛用途。
案例
Lucent有一种DC/DC Converter即试采各种无铅政策,如不喷锡之PCB(焊垫采OSP处理)、无铅锡膏(96.5% Sn+3.5% Ag ; mp221℃)、零件脚镀纯锡等,在焊温250℃下完成焊接。
另Nortel有一种Meridian电话也采无铅组装,其锡膏成份为99.3% Sn+0.7% Cu,mp227℃,焊温在245℃~257℃之间。
其三是Panasonic在SJ-MJ30 CD随身听的组装,系采90% Sn+7.5% Bi+2%
Ag+0.5% Cu熔点218℃的四相合金锡膏,对镀纯锡脚与板面OSP处理的裸铜焊垫进行焊接。
(七) 可能之技术来源
A.国外技术(应用在封装业)
日本Superior公司计画从今秋开始以月产10吨的规模,量产以锡铜镍三元素为主成份的无铅焊接「Superior SN100C」。
除了可因应高密度封装之外,价格亦可比含银的无铅焊接便宜约三成。
目前已为大电子厂等试用,国内外的交易十分活络,明年度可望一举提高10倍产能,使月出货量达百吨以上。
锡铜系无铅焊接虽以环保型商品之姿开始普及,但受到融点高的锡与铜之金属化合物的影响,始终存在着熔融时的焊接流动性会明显下降的问题。
因此,在焊接合金中,会出现Bridge、空孔等焊接不良及接合部的可信度降低等问题,而无法因应电子用高密度封装、完全取代锡铅共晶焊接。
日本Superior利用适量添加镍于锡铜无铅焊接中,而成功地抑制介金属化合物的发生。
除可确保锡铅共晶焊接同等的流动性之外,与印刷电路板、电子零件导线等所使用之铜材的兼容性亦佳,接合强度也提高。
以使用熔解焊接的浸渍(Dip)用为例,每公斤售价约1500日元,虽为习用共晶焊接的2倍左右,但是比锡铜银系的无铅焊接仍便宜三成左右。
今年度的销售目标订在6亿日元以上。