自從歐盟2003年12月正式將“無鉛”立法之后，全球電子業(yè)已為之帶來極大的沖擊，到2006年7月，歐盟關于報廢電氣電子設備的指令WEEE、關于在電氣設備中限制某些害物質的指令ROHS和日本電子工業(yè)發(fā)展協(xié)會（JEIDA）及美國全國電氣制造商協(xié)會（NEMl）有關電子封裝產(chǎn)業(yè)的禁鉛、禁鹵已正式生效，投放市場的電子產(chǎn)品不能含有鉛、汞、鎘、六價鉻和限制使用聚合溴化聯(lián)苯或溴化阻燃劑PBB、PBDE等有害物質，這必將影響包括PCB產(chǎn)業(yè)在內的全球供應鏈的運作和相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文從原材料管制、無鉛制程的選擇和管控及SMT電子后封裝三個方面，全面闡述了下一代PCB產(chǎn)品如何去滿足日趨嚴格的環(huán)保要求。

1. 原材料的選擇與管制

眾所周知，在PCB產(chǎn)業(yè)中，汞、鎘、六價鉻幾乎都是不用的，或者說除了濕制程加工中的微量含有，不會被PCB廠商刻意的使用，因此在原材料和制程的選擇上，只要考慮到鉛Pb和鹵素不超標即可符合基本的環(huán)保要求，PCB表面金屬處理就是在做到無鉛（《0．1％pb）上，傳統(tǒng)的PCB（和SMT）產(chǎn)業(yè)中，因大量使用鉛錫合金，如HAL、焊錫膏等。鉛屬重金屬元素，在自然界中分布很廣，是三種放射性元素鈾、釷、錒衰變的最終產(chǎn)物，一旦人體的鉛吸入量超過其飽和濃度，就會出現(xiàn)貧血、缺鈣、免疫力下降等癥狀。

為什么要無鉛焊料？

含鉛焊料的有害性：焊料所含的鉛雖為全使用量的1％弱（3萬／5百萬噸），而有廣泛擴散的可能性難于完全回收。由于環(huán)境污染，憂慮鉛中毒等對人體的影響。在PCB工業(yè)中，鹵素（氟F、氯Cl、溴Br、碘1）的應用主要在板材和油墨上。

1.1 材料的篩選

PCB最終加工形成的成品上，主要包含有三大類物質即：板材、表面處理（金屬）層和油墨。

1.1.1 板材

常規(guī)板材FR-4、CEM-3中，因含有大量溴化環(huán)氧樹脂，如四溴雙酚、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等，在燃燒過程中，會放出極高毒性的物質，如二惡英（TCDO）、苯呋喃等，一旦被人體攝入將無法排出，極大地威脅著人類的健康。因此PCB覆銅板產(chǎn)業(yè)中必須以無鹵基材（氯Cl、溴Br分別小于0．09％）替代，以含磷（P）環(huán)氧樹脂取代溴化環(huán)氧樹脂，以含氮（N）酚醛取代傳統(tǒng)的雙氰胺固化劑。

另外，環(huán)保板材還要有較強耐熱性能，能夠承受無鉛SMT工程260度多次高溫，不變色、不分層、不變形和彎曲。

1.1.2 表面金屬層

目前業(yè)界大多采用環(huán)保焊料HASL“錫銀銅”配方（95．5Sn-3．9Ag-0．6Cn）取代鉛錫合金，環(huán)保PCB表面無鉛涂覆層應具有高潤濕流動性、較小的熱應力、高溫下不易于氧化等特性，便于無鉛SMT的加工。另外，HASL用助焊劑亦需同步采用環(huán)保易回收型，且與SMT焊劑具有互熔性。

1.1.3 油墨

油墨在PCB上最終保留的包括： 阻焊油墨、文字油墨、塞孔油墨，油墨的成份與板材極為相似，主要含有樹脂、溴阻燃劑和固化劑，目前不少品牌油墨已經(jīng)做到不含有害物，如日本太陽、臺州、新韓油墨。油墨的選擇不但要符合環(huán)保要求，而且要能承受環(huán)保無鉛SMT長時間多次高溫，不發(fā)生分層變色、脫落、裂紋現(xiàn)象。

1.1.4 無鉛材料的管制

原材料的管理是環(huán)保PCB生產(chǎn)中極為重要的一個環(huán)節(jié)，比如錫條，只要有含鉛的錫條被誤加入純錫槽則會導致災難性的后果，而間接物料如助焊劑的殘留也不容忽視，具體可采取的對策包括：

①制定無鹵無鉛原材料的編碼規(guī)則；

②采用顏色標識，在其外包裝和內包裝上印有經(jīng)IQA認可的“綠色環(huán)保”標簽；

③在倉庫和生產(chǎn)現(xiàn)場，對環(huán)保型原材料要單獨存放，生產(chǎn)現(xiàn)場專人添加；

④實現(xiàn)“綠色合格供應商”認證計劃。

2. 無鉛制程的選擇和管控：

目前PCB表面無鉛涂覆層可供選擇的制程包括：電鍍Ni／Au，化學浸Ni／Au，OSP（有機助焊護劑）化學沉錫Sn，化學沉銀Ag等。

2.1 無鉛制程的導入步驟：工程設計一技術開發(fā)一可靠性評價一材料采購一專案推進與技術展開

2.2.1 工程CAM設計

環(huán)保PCB的工程設計是無鉛制程基本的考量面，CAM應考慮到SMT后制程對PCB的功能影響。

圖形設計事例（布線，焊接區(qū)形狀）

l.防止浸流插入零件離開，紅眼焊接區(qū)徑小一點。

2.防止浸流QFP架橋QFP傾斜45％。設虛設焊接區(qū)。

3.防止軟熔芯片分離基本上照過去一樣。使保護膜：開口部靠近里面。

防止基板翹曲

□也要注意基板耐熱。特別是關于吸濕狀態(tài)卜的軟熔峰值溫度，參閱右表。

□浸流：大的基板，承載重量零件的基板，在基板的中央部分準備可墊上翹曲承（翹曲梁）的考空間。

□共通：布置零件時考慮盡量使熱容量均勻分布。

□分割用的切痕或薄的多層基板容易受軟熔熱而翹曲，考慮形狀尺寸。

2.2.2 技術開發(fā)

制程的開發(fā)管理是環(huán)保PCB生產(chǎn)中重要環(huán)節(jié)，具體可采取的對策包括：

①環(huán)保和非環(huán)保材料做到不共線或混線生產(chǎn)，如：顯影、成品清洗。

②在MI流程紙上，標注環(huán)保產(chǎn)品印符，并在MI上簽名確認其無鉛制程，提醒現(xiàn) 場作業(yè)單位人員。

③環(huán)保產(chǎn)品生產(chǎn)設施、工裝，要納入目視管理，以顯目的標識加以區(qū)分。

④油墨要能承受環(huán)保無鉛SMT長時間多次高溫，故前處理、基板干燥是極為重要的環(huán)節(jié)，油墨在HASL噴錫或無鉛SMT后，可能出現(xiàn)孔邊油墨剝離的缺陷，主要就是孔內、板面上水氣殘留，高溫時膨脹而使油墨與銅層分離所致。

⑤阻焊油墨不允許添加稀澤劑，這樣可避免高溫情況下孔內油墨殘留溶劑急劇揮發(fā)膨脹而造成的爆孔。

⑥HASL錫槽中Cu含量控制在0.85％以下。

2.2.3 可靠性評價。

因此，環(huán)保PCB產(chǎn)品的信賴試驗與非環(huán)保PCB相比，還要強化以下實驗：

①可焊性實驗。（可焊性試驗爐中的焊料應與無鉛環(huán)保要求SMT或HASL之焊料保持一致）

②熱沖擊實驗。條件：-40℃／85℃／125℃，3000次后無裂紋。

③熱循環(huán)試驗。無裂紋，縮孔出現(xiàn)。

④恒溫恒濕試驗。條件：60℃ 90-95％RH，500小時，在長期高溫高濕下不產(chǎn)生金屬須生成物。

3 環(huán)保PCB在SMT電子后封裝：

3.1 無鉛焊接SMT的特性：

具有熔點高、低潤濕流動性、高熱應力、潤濕性差和易于氧化等特性，此錫鉛焊料要求更嚴峻的制造條件和質量管理。

3.1.1 SMT線設計

提高預熱溫度，控制SMT線速1.2-1.8M/min 傾角3-5度，并進行必要的熱補償，使SMT保持在恒溫狀態(tài)。

為確保良好潤濕，將足夠的預熱溫度保持在一定的范圍內是特別重要的。

焊料槽溫度

要求基板表面的零件溫度保持在低于保證的熱溫度，同時確保基板背面溫度為250℃。縮短兩個噴流部之間的距離，確保把第1波與第2波之間的溫度下降控制55℃以內。

使用Sn—Ag-Cu焊料時，也可以停止使用第1波。

3.1.2 手工補焊接

烙鐵溫度370±10℃鉻鍍層80W《3秒，預熱基材50℃-60℃長時間不使用烙鐵時，應擦拭臟物，用新焊料潤濕端頭，然后切斷電源，防止氧化。

3.1.3 使用氮氣保護，氮氣在無鉛制程的益處

①增進制程空間。

②防止氧化及增進零件腳吃錫度。

③增進外觀的美化，因無鉛制程其焊點 光澤度較為不明顯。

④減少無鉛制程因長時間高溫產(chǎn)生的退色情形。

3.2.2研究采用低熔點（125℃以下）焊料。

3.2.3采用軟光來（SB和RF）局部加熱工藝只對特定的零件進行高溫焊接240℃-260℃，耐熱性40S以上。局部加熱采用激光、氙氣、（非接觸式）及熱滑塊，脈沖加熱器（接觸式）。

3.2.41S014000一為客戶未來制程的標準規(guī)格，綠色大地（無鉛／無鹵化物），空氣潔化，助焊劑過濾系統(tǒng)可過濾回收90％的助焊劑。

3.2.5PCB的防霉防蛀技術的采用。

3.2.6可回收、再分解PCB板材（有機材料）研發(fā)并應用。