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在電子產品中,隨著小型、輕型、薄型和高性能元器件使用量的劇增,組裝技術的地位正RI臻重要,組裝材料與環境保護的關系也RI益密切。
從1995年起,組裝襯底材料專用的清洗劑氟里昂和三氯乙醚會破壞地球的臭氧層,國際上就實行禁用。另外,在組裝工藝中
焊接用的鉛(Pb)和揮發性有機物(VOC)、樹脂系列布線板等組裝材料都面臨環境保護問題。某種意義上說,在組裝材料與環境保護具體選擇的實施過程中,環保在企業管理中的措施,會增加企業負擔,因此帶有一定的強制性。以Sn-Pb
焊接為基礎形成的細間距QFP為例,它的一次性回流(re-flow)技術是組裝工程技術人員幾經努力完成的?,F要將它改換成無Pb
焊接時,對新的
焊接材料的組成與評價、工藝及可靠性等許多工作則需要從頭開始。
與無鉛化
焊接相對應的對策包括以下二個方面:
1)替代
焊接劑即無鉛
焊接的開發;
2)替代
焊接劑的新的組裝技術即無鉛
焊接工藝與設備的開發。
這一切意味著重新評價原有的連接技術,開發新的連接技術。
新的組裝材料與技術的開發
1.全面廢除使用氟里昂
組裝用的布線板的清洗劑CFC(氟里昂)和三氯乙醚,均會造成對臭氧層的破壞,引起地球變暖。國際社會從1989年起限制使用,在1995年禁止使用?!睹沙掷麪柟sCFC協議條款》規定發展中國家必須在2005年之前全部完成CFC的淘汰工作,屆時凡使用CFC作清潔溶劑的電子產品,一律禁止使用或出口。美國還對含CFC或用CFC處理過的電子產品進口征收特別關稅。組裝技術中全面廢除使用氟里昂,從改變清洗方式和免清洗二個思路展開。
發達國家在PCB等相關行業實施的CFC替代方案中,目前的代用試劑為HCFC(協議規定的過渡化合物)、HFC(氫氟碳化合物)、PFC(全氟甲硼烷)、IPA(異丙醇)、丙醇和乙酸已脂等。按照國際公約規定,HCFC可用至2020年,這意味著原用CFC的清洗設備還可使用相當一段時期。然而,新的研究又表明,PCFC和HFC雖對臭氧層破壞較小,但都有溫室效應,尤其PCFC為CO2的1000倍。1997年底在RIben召開的防止地球變暖的國際會議上又對它們提出質疑,因此目前它們的再替代產品即第三代CFC又在迅速開發中。
2.無鉛
焊接提上RI程
電子組裝除清洗劑帶來的污染外,還有鉛、銅、錫等重金屬帶來的污染。眾所周知,Sn-Pb瞬時易焊性好且質量有保證。容易滿足元器件的電、
機械持性和可靠性要求。從射流焊轉為回流焊,工藝更為簡便。但由于錫、鉛均為重金屬,迫切需要對這一
焊接的重新評價。在歐美國家,對電子工業
焊接用Pb的限制及用量相關征稅已經啟動。RIben在1994年就出臺重新分析和評價河流的水質標準,強調Pb含量要控制在0.01mg/l以下。RIben汽車工業協會提出到2000年汽車的排鉛量要降至目前的一半。在這一背景下,世界各國的無鉛
焊接和無焊劑連接技術的開發十分活躍。
人們希望開發能采用原有的設備與工藝的新的無鉛
焊接技術。它的具體要求是:1)材料成本低;2)具有與Sn-Pb共晶相近的融點;3)電特性、
機械特性和化學特性優良;4)與現有的工藝與設備相兼容;5)適用于目前的組裝
焊接;6)可適用于精細圖形。但遺憾的是至今還沒有找到能完全滿足以上要求的無鉛替代品。
目前對以Sn為基礎加Ag(銀)、Cu(銅)、Bi(鉍)、Zn(鋅)等合金的開發十分活躍。Sn-Ag合金中融點和成本偏高,但耐熱且可靠性高,已在歐洲的移動電話和RIben的電視機、辦公
自動化設備中開始試用。而Sn-Zn,由于Zn易氧化,回流須在N2氣氛中,要在大氣中實用化還有一段過程??偠灾?,在減少鉛污染的同時,還要考慮組裝對窄間距的要求,又要避免使用CFC等。無論材料與技術上都還有許多問題需要解決。
3、無焊劑連接技術的開發
由于元器件RI趨小型化和窄間距化,熔化
焊接的極限已擺在面前。而為了維護人類的生存環境,
焊接的無鉛化十分迫切。在這些因素的推動下,無焊劑連接技術的開發被提上RI程。
其實,IC芯片的引線鍵合就是一種無焊劑的連接技術,如超聲鍵合(利用鋁的塑性和超聲振動劈刀,將鋁引線鍵壓于芯片和管殼的焊盤上)和熱壓焊(利用高溫熔化并加壓的
焊接方法,將金絲引線鍵壓于芯片和管殼的焊盤上)等。原來,它們只限于特殊部件的組裝,但現在已開發出將IC連接到面線板的電極上的各種超微連接方法。
采用導電膠(Ag、Cu等)可將帶有鍍金焊點或金絲焊球的IC芯片直接連接到基板電極上,在元件與基板之間填充絕緣樹脂,以緩和二者的膨脹系數不同所產生熱應力。保證組裝的可靠性。這一技術已在液晶顯示器和移動電話的IC芯片組裝中使用。最近報道,小于50mm的細間距連接也已實用化。這些方法的今后課題是降低接觸電阻的擴大組裝的適用范圍。在環境保護向電子組裝業的嚴峻挑戰前,無焊劑連接因不需要清洗并使工藝簡化而越來越受到重視。
4.控制VOC的使用與排放
控制VOC的使用與排放的總對策分為以下幾個方面:使VOC的使用在封閉或可回收的系統中進行;開發水熔性焊劑,焊膠和無熔劑樹脂等、減少VOC的用量;采用界面活性劑代替有機溶劑等等??偟膩碚f,由于VOC品種多樣、性能各異,對它的控制研究還在開始階段。