电子制造与封装中使用无铅焊料刻不容缓
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电子制造与封装中使用无铅焊料刻不容缓  2012/3/1
——顺应国际潮流,避免知识产权上受制于人我国电子封装与组装产业由于起步较晚,无铅化进程非常缓慢,几乎没有受到应有的重视。随着电子组装产业的迅速崛起,我国已经成为世界上的电子产品生产与消费大国,但是国内仍未出台相关的法规限制电子产品中的铅用量。随着我国电子产品出口逐年增加,在国际市场上的份额不断扩大,今后必定要受到进口国相关无铅法规的约束。因此我们必须加快电子制造与封装的无铅化进程,否则将严重影响到我国电子
 

——顺应国际潮流,避免知识产权上受制于人

我国电子封装与组装产业由于起步较晚,无铅化进程非常缓慢,几乎没有受到应有的重视。随着电子组装产业的迅速崛起,我国已经成为世界上的电子产品生产与消费大国,但是国内仍未出台相关的法规限制电子产品中的铅用量。随着我国电子产品出口逐年增加,在国际市场上的份额不断扩大,今后必定要受到进口国相关无铅法规的约束。因此我们必须加快电子制造与封装的无铅化进程,否则将严重影响到我国电子工业的后续发展。这是关系到国家经济发展、环境保护、人民健康的大事,必须从国家利益的高度加以重视。
目前还没有一家中国的供应商可以大批量提供无铅元器件,而在无铅化方面开始起步的国内制造商仅是少数几个为日本和欧洲厂商加工产品的PCB制造商,现实说明中国电子制造业在整体上还没有准备好进行无铅化生产。
调查显示,没有人会主动采用无铅工艺;制造商采用无铅化的动机有35%是迫于立法的压力;31%是受市场的驱动;18%是为了环境保护。多数中国的大型电子制造商都在打听并进而评估无铅生产的方方面面,他们对相关的技术颇有兴趣但对具体实施还抱观望的态度,好像大家都在进行准备以便应对未来的变局,而很多中小型电子制造商因为成本的原因根本就不打算实施无铅生产。但另一方面,中国生产的电子产品都在瞄准欧洲和北美市场,因此一旦无铅电子产品在国际上变成一个常规要求,中国制造商也只能被动跟进。
目前世界各国无铅方面的研究越来越广泛和深入,每年无铅方面的专利数量都在增加,近两年来更是急剧增长,如图1。其中美国、日本和欧洲的专利各占四分之一强,而我国的专利数量只占不到2%,如果现在不奋起直追,作为电子产品制造大国今后将面临无铅知识产权上处处受制于人的严峻形势。

电子制造的无铅化涉及两个主要的方面:一是采用新型的无铅合金来替代传统的铅锡合金,而基本不改变现有的生产过程;另一个方面则是采用导电胶这种全新的互连技术取代合金互连技术。本文仅就我国电子制造与封装中的无铅合金化问题进行讨论,希望文中涉及的产品能供中国的电子制造工程师作为参考,并引起业界的重视。
● 板卡级无铅合金互连
无铅的定义尚未有国际统一标准。一般认定的“无铅”,是指电子产品中的铅含量不超过0.1wt%。总体来讲,无铅封装是一个系统工程,它不仅仅指无铅焊料,还有相应的元件引脚及其覆层、电路板涂层等都要求无铅。同时由于现有大量昂贵的电子产品生产设备与制造工艺大都是与传统锡铅焊料相适应的,所以向无铅的转变必然会带来大量明显和潜在的各种问题。
采用无铅合金替换含铅合金进行二级封装互连(板卡级封装),涉及到四个方面:无铅合金体系、焊膏、元件引脚涂层、印制电路板(PCB)涂层。同时由于无铅合金的熔点一般高于共晶铅锡合金,因此互连过程的温度升高会使元器件、板卡等的耐热性受到影响,出现完全不同于铅锡焊料工艺的一系列可靠性问题。
● 无铅合金焊料
无铅合金焊料的开发基本上围绕着Sn/Ag/Cu/In/Bi/Zn二元或多元系合金展开。设计思路是:以Sn为基本主体金属,添加其它金属,使用多元合金,利用相图理论和实验优化分析等手段,开发新型合金与焊接工艺。美国国家制造科学研究中心(NCMS)经过三年多的信息收集和研究,推荐了79种低、中、高温不同用途的无铅焊料,认为42Sn58Bi(139℃)、91.7Sn3.5Ag4.8Bi(210215℃)和96.5Sn3.5Ag(
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