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IC 供应商帮助客户实现产品绿化

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作者:IDT 全球装配和测试部副总裁 Anne Katz时间:2006-11-03来源:电子产品世界收藏

摘要: IC供应商可建立全面和具有前瞻性的策略,协助客户制造符合 严厉要求的产品,以建立环保规范的竞争价值

关键词: 

如果只看一个 IC,很难想象它会对环境造成严重的威胁,但是在日益增长的重金属环境污染危害中,每年由数千家厂商制造的数以千亿的 IC扮演了非常关键的角色,特别是环境中的铅()。虽然单个 IC 造成的有毒废弃物的问题很小,但是大量累积的各种芯片和系统就会产生大问题。

根据业界估计,今天垃圾中 40% 的来自消费电子产品。分析师估计,仅在美国每年就丢弃约 5 千万台计算机,相当于 2 万多吨废弃物。同时,美国人每年还丢弃 1.3 亿多部手机,相当于多制造了 6.5 万吨废弃材料。

使用过的电子产品的低回收率,以及新一代产品生命周期的迅速缩短使问题更加恶化。业界专家估计,目前电视的使用寿命不到十年,而计算机只有三年。基于上述趋势,美国环境保护局(EPA)预计,美国垃圾掩埋中电子产品废弃物的数量将在今后数年间增长四倍之多。

历史上,Pb因其所具有的卓越电子及机械特性被广泛用于半导体及电路板。Pb或含Pb合金被大量用在焊锡中,用来将 IC 及元件焊接在印刷电路板上。在电气互连功能方面,Pb也经常是金属中的首选,用于引线框的引线,以及球栅阵列(BGA)封装及电路板本身。当电子设备被丢进垃圾时,经常暴露于酸雨中。当雨水流过这些废弃物时,Pb物质也随之流入地下水、河流,最终污染水源。

长期以来,Pb的使用及其对环境的影响倍受关注。数十年来,环保主义者不断警告金属对于人体健康的影响,因此在1970 和1980 年代,美国及其他许多国家的建筑规范早已规定不得使用含Pb涂料。但是电子产品废弃物数量的快速增加却带给该问题新的紧迫性。

最近的禁止电子产品制造使用Pb的活动开始于1990 年代后期。为试图解决这个日益严重的环保问题,欧盟于 2003 年发布了《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分()》的指令。该指令于 2006 年 7 月开始生效,RoHS 指令严格限制在欧洲市场上销售的电子产品中Pb、汞(Hg)及镉(Cd)的使用。为促进新规范的实施,欧盟同时也发布了《电气及电子产品废弃物(WEEE)》指令,要求制造商必须负担欧盟国家所有二手电子产品回收的相关费用,同时也允许个别国家执行更严格的规定。

由于限制重金属使用的规范还没有开始时,电子行业已采用一些不同的产品定义。被理解为包括使用镀纯锡的引线框端点封装,或有低于 1000ppm 含Pb镀层的锡/银/铜(Sn/Ag/Cu)合金焊锡的球栅阵列(BGA)封装。

符合 RoHS 规范的器件必须满足更严格的要求。在所有半导体封装,包括塑封化合物、铅抛光、引线框及裸片贴装所使用的Pb、Hg、六价铬(Cr+6)、多溴联苯(PBB),以及多溴联苯醚(PBDE)含量都被限制在 1000ppm 以下。此外, Cd需低于 100ppm。

更为严格的绿色封装除了必须符合上述所有的要求外,还限制了溴(Br)及氯(Cl)阻燃剂的使用,其含量必须低于 900ppm,Sb阻燃剂则必须低于 750ppm。另外,绿色封装禁止使用任何红磷(P4)。

全球性影响

当欧洲正致力于实现电子制造无铅化时,全球其他地区也开始支持类似的规范,如表1所示。

多重挑战

试图满足这些新规范的半导体制造商面临许多严峻的挑战。首先是向更高回流焊温度的转移。传统的含铅电路板制造工艺是在240℃或更低的温度进行。新的则必须能够承受峰值达260℃的回流焊温度,同时还要保持所有相关的防潮等级和可靠性都符合 JEDEC J-STD-020 C 版中规定的标准。

此外,没有一种合金或化学材料的焊料能完全替代含铅焊料。锡须的生成会影响产品的可靠性。回流焊产生的锡须可能会造成信号短路或是其他信号完整性问题。制造商必须彻底了解这些特性,才能预见并知道如何弥补使用无铅替代物焊接时对元件及印刷电路板可靠性造成的影响。

在向符合环保规范的转移过程中,第三个挑战是库存管理。无铅、符合 RoHS 规范及绿色环保标准的系列产品的生产会引起很大的物流管理复杂性。在转移过程中,制造商必须视客户的需求同时提供旧的含铅元件,以及新的无铅或符合 RoHS 规范的元件。他们所面临的问题是如何在不迫使客户放弃大量旧的、不符合规范的产品的同时,能够让新旧产品线同时顺利生产。

评估、测试和沟通

要迎合这些快速变化的制造工艺要求,首先要通过调查或其他方式来评估客户目前的需求,及其对未来环保要求的预期。客户的产品是否销售到有这些规范的市场?是否需要符合 RoHS 规定?或是否愿意更进一步推动其环保计划以满足绿色封装标准?

半导体制造商必须拟订计划,尽快推出并积极实行。计划的首要执行内容必须迅速实现向高温度的转移,以承受 260℃高温,因为无铅封装必须能够承受峰值为 260℃的电路板焊接,同时也要符合 JEDEC 规定的防潮标准。

以IDT为例,在转换初期曾以平均每秒3℃的提升速度测试无铅封装,并以150至200℃的温度预热60至180秒。然后以217℃以上的温度加热封装60至150秒。这时,IDT的工程师要对大型组装进行测试(指封装厚度大于或等于 2.5mm,或是封装体积大于或等于350mm2),在260℃的最高温度下(



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