TA的首页无铅培训讲义
一、 PCB及零件设计对无铅制成之影响
绿色电子产品的概念：
电子产品中含铅、镉、汞、六价铬等重金属和PBB及PBDE等溴化物阻燃剂的含量要求达到相关法律规定的，并非只是无铅。
电子垃圾和铅污染的机理：
废弃电子器件埋入地下，被雨水和与其他废物反应所侵蚀。
带有金属的滤液可能转移到本地的地下水，并污染它。
人在饮用含有铅的水后，体内血液中的铅的含量升高。
铅对脑、中枢神经系统、肾脏、肝脏和血的产生都有损坏。
业界关于电子产品的相关法规的介绍（ROHS和WEEE）
RoHS指令欧盟为了限制有害物质在电子电器产品中的使用，并透过妥善的回收及处理废弃电子电器产品达到保护人类健康的目的，于2003年颁布2002/95/EC号法令，即RoHS法令（Restriction of the use of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment Pirective）——电子电机产品之危害物质限用法令。 WEEE指令主要规定是藉着赋予各家电器与电子设备制造/销售厂商，对于这些产品使用完尽后所生成废弃物的”延伸制造者回收责任，来达到加强回收WEEE的目标。规定各会员国应该在2006年年底之前达到至少回收70%WEEE与回收再利用50%以上WEEE材料与组件(各类电器回收率目标不同)的目标 。
WEEE&RoHS法令中所规范的电器及电子设备产品
 大型家电用品（Large household appliances）
 小型家电用品（Small household appliances）
 信息及电讯设备（IT&Telecommunication equipment）
 消费性设备（Consumer equipment）
 发光设备（Lighting equipment）
 电子及电器工具（Electrical & electronic tools）
 玩具、娱乐运动设备（Toys）
 医疗设施(Medical equipment system)
 监视及控管设备（Monitoring & controling struments）
 自动贩卖机（Automatic dispensers）
无铅的定义和无铅豁免条例：
电子工业中的所谓无铅就是指用其它一种或几种对人体无害(或微小可预防)的金属代替工业制造用料中的铅金属，从而大大减少或避免由于人们使用含铅产品而造成的健康受损。
铅浓度不超过产品总重量的 0.1%，并且如果设计用于焊接的话，也适用于特定的无铅焊接工艺。
世界先进公司关于绿色产品和无铅的研究进展：
凯斯特生产无铅焊料的美国厂商————无铅溶液使无铅焊接成为今天的现实：
目前采用无铅焊接工艺的众多公司都已制定并实行了一套行之有效的实施方案。这些确实需要一定的时间，与此同时，随着规定时限的迅速迫近，研究探索以及实施无铅波峰、回流和再加工规程的时机就应当是现在。
无铅焊接并不是可行性的问题，它更多地是我们在这个技术领域处于追随地位还是领导地位的时间问题。
凯斯特公司开发了许多同类产品中最好的焊接产品 ，这为切实地过渡到采用无铅装配提供了保证。从焊锡膏到液体焊剂、焊锡线、预成型件和焊锡球，凯斯特公司以可靠的无铅工艺为设计宗旨，研制开发了许多工艺产品。
凯斯特把开发无铅产品的强化化学特性方面的不懈努力当作公司全球研究开发团队的首要工作。凯斯特同样认识到，拥有可靠的产品以及专业知识才能稳步前进，使无铅应用成为现实。凯斯特应用工程师都经过相关认证，能够帮助用户面对无铅装配技术上的挑战。
凯斯特大学 的创办目的就在于使共享凯斯特宽广的领域知识财富成为可能。凯斯特大学可以提供有关无铅装配的最好的培训课程。无铅技术专业知识可以克服无铅焊接应用中的种种障碍，它可以帮助我们实现无铅焊接，同时还能保持原有的可靠性和生产产出。
德州仪器 (TI) 将符合 RoHS 指令的产品定义为"无铅 (Pb) 产品"，规定内容包括：铅浓度不超过产品总重量的 0.1%，并且如果设计用于焊接的话，也适用于特定的无铅焊接工艺。
RoHS 的地位是基于 TI 对欧盟 RoHS 指令 2002/95/EC 的当前认识以及对产品材料的了解。
出于对环境的保护，电子组件与系统对无铅解决方案的需求在半导体与电子领域越来越受重视。德州仪器 (TI) 致力于与客户合作，提供能够满足他们在这些领域中用于特定需求的产品。TI 于 1989 年向 IC市场推出的镍/钯 (Ni/Pd) 涂层是一种无铅备选方案。目前已有 300 多亿 TI 无铅镍/钯组件投入实践应用。TI 可为上述无铅涂层提供各种类型的封装。凭借 TI 现有用于制造镍/钯涂层组件的基础设施，我们坚信，在向客户提供种类繁多的无铅产品能力方面，TI始终居于业界领先地位。为了了解其他无铅涂层的可制造性与可靠性，包括 TI等在内的众多 IC 供应商都在对其进行评估。TI为某些大规模量产的 MicroStar BGA? 产品开发了无铅球栅选项。此外，TI 还正在评估无铅球栅选项，用于支持其他领域的封装系列。
目前，TI 正积极参与几个致力于解决无铅工艺问题的业界联合体。这些联合体正在评估具有无铅组件与印刷电路板涂层的无铅焊料合金。已提出的数种无铅焊料合金所要求的最高回流温度均高于当前 Sn/Pb 的峰值温度。
260℃ 峰值回流温度的影响
采用当前组装材料制成的 IC 封装的湿度敏感性测试显示，峰值回流温度为 260℃ 时会对湿度性能造成负面影响。某些封装类型显示湿度敏感性会降低 2 级以上。由于我们需要支持更高的回流温度（>235℃），因此需要用当前材料集做干燥包封装 (dry-pack package)，或采用更昂贵、更先进的组装材料。
Xilinx在1999年实现了无铅计划。由于制定了清晰明确的蓝图，并与技术伙伴密切合作，Xilinx已经生产不含有害物质的产品，以满足OEM倡议和法律管制的要求。
在Xilinx：无铅=符合RoHS指令=绿色
Xilinx 符合无铅/ RoHS标准的产品
Xilinx定义的“无铅”产品指的是符合RoHS的产品，包括对Pb（浓度< 0.1%）、汞、六价铬、镉、PBB和PBDE的限制。
Xilinx提供的标准封装符合RoHS规范中六种限制使用物中的五种。
Xilinx标准封装包括铅，但对ROHS指令中另外5种物质的限制则完全满足. 目前尚无废止标准（非无铅）产品的计划。
中国无铅法规指定和推行的进展情况：
根据中国电器工业协会的最新数据，2004年一季度，我国机电产品出口在我国出口中所占比重达55％。而欧盟已经成为中国机电产品出口的主要市场。由于中国厂商环保理念和工艺水平的落后，RoHS指令使得将近270亿美元的中国机电产品面临欧盟的环保壁垒。中国政府一直在给以密切关注和研究对策，国务院专门责成信息产业部负责针对欧盟环保指令的研究和应对工作。信息产业部根据《清洁生产促进法》和《固体废物污染环境防治法》等有关法规制定的《电子信息产品污染防治管理办法》已经完成，并于2005年1月1日起施行。《电子信息产品污染防治管理办法》规定，自2006年7月1日起，列入电子信息产品污染重点防治目录中的电子信息产品中不得含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯乙醚和聚合溴化联苯及其他有毒有害物质。对于2006年7月1日以前的一段时间，中国政府要求电子信息产品制造商们实行有毒有害物质的减量化生产措施，并积极寻找可替代品。同时，一个名为“电子信息产品污染防治标准工作组”的机构也已经开始筹备成立，该机构的主要任务是研究和建立符合中国国情的电子信息产品污染防治标准，开展与电子信息产品污染防治有关的标准研究和制定工作，特别是加快制定急需的材料、工艺、测试方法和实验方法的基础标准。
PCB板的制作过程：
参考附件。“PCB 制造的过程及工艺.htm”
PCB的DFM设计：
产品导入阶段，验证“可制造性设计” (DFM) 规则——包括“可组装性设计” (DFA) 和“可测试性设计” (DFT)，DFM (DESIGN FOR MANUFACTURING) 电子产品设计与制造之整合。
典型案例分析：
二、 绿色电子和无铅制造的推行和实现
电子组装钎焊原理介绍：
无铅焊料和有铅焊料的比较和分析：
传统的 Sn63 焊料经过回流后可以得到光亮的焊点，锡-银-铜合金得到的焊点比较暗淡且表面略有裂隙；对于此种合金来说，这种现象是典型的，并不代表焊点质量很差。其他能够注意到的区别为锡-银-铜合金得到的焊点接触角较大，焊盘周围的熔湿降低，且锡-银-铜的熔湿速度和完全性不如 Sn63
锡膏认证测试：包括锡粉粒径及形状、助焊剂含量、黏度测试、黏着指数测试、印刷性测试等。
锡膏认证测试包括：铬酸银实验、铜镜实验、铜板腐蚀实验、卤素含量实验、锡球实验、坍塌实验、扩散性实验、湿润性实验等。
焊料棒的认证和技术规格：
助焊剂认证技术指标：
焊锡丝的认证和技术规格：
助焊膏的认证：
辅料相容性问题：
辅料的专利问题：
元器件采购技术要求：
无铅制程采购和物流控制：
无铅制程生产线管制：
无铅制程现场管理案例：
三、无铅产品可靠度实验和失效分析
SMT流程介绍：
SMT就是表面组装技术（Surface Mounted Technology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。
SMT有何特点：
1、 组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。
2、可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。3、高频特性好。减少了电磁和射频干扰。4、易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。 节省材料、能源、设备、人力、时间等。为什么要用SMT： 1、电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小 2、电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件。 3、产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力 4、电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用 5、电子科技革命势在必行，追逐国际潮流
无铅焊接制程介绍：
将锡-银-铜作为焊锡膏合金时的主要差别在于峰值温度。该种合金的熔点为 217-221 C；峰值温度为 230-255 C，这取决于组件的热质量。建议超过液相线的时间 (TAL) 不超过 90 秒，以避免残留物烧焦；这也会减少金属间化合的几率。
无铅组装的焊点可靠性：
传统的 Sn63 焊料经过回流后可以得到光亮的焊点，锡-银-铜合金得到的焊点比较暗淡且表面略有裂隙；对于此种合金来说，这种现象是典型的，并不代表焊点质量很差。其他能够注意到的区别为锡-银-铜合金得到的焊点接触角较大，焊盘周围的熔湿降低，且锡-银-铜的熔湿速度和完全性不如 Sn63。
无铅可导致发生焊接缺陷的几率增加，预防缺陷出现需要对无铅合金和焊剂配系具有更好的理解。诸如桥接、不熔湿、反熔湿以及发生焊料结球等缺陷的的可能性可能增加。选择与待焊接金属相容的恰当的焊剂化学组成以及使用优化的回流温度特性曲线可以防止缺陷的增加。采用正确的存放和处理方法确保线路板和元器件的可焊性也将使采用无铅焊锡膏的良好焊接成为可能。如果化学组成经过仔细挑选且 SMT 工艺受到良好的控制，则产出结果将会与采用 Sn63 工艺相同。
组装可靠性的分析和检测方法介绍：
转向无铅焊接技术几乎使PCB组件的方方面面都受到了影响，包括测试和检测手段。这里，我们着重论述一些相关的技术问题，以及无铅焊接给自动光学检测(AOI)、自动X射线检测(AXI)以及在线测试(ICT)等主要测试和检测技术带来的影响。
回流温度
绿色电子产品的概念：
电子产品中含铅、镉、汞、六价铬等重金属和PBB及PBDE等溴化物阻燃剂的含量要求达到相关法律规定的，并非只是无铅。
电子垃圾和铅污染的机理：
废弃电子器件埋入地下，被雨水和与其他废物反应所侵蚀。
带有金属的滤液可能转移到本地的地下水，并污染它。
人在饮用含有铅的水后，体内血液中的铅的含量升高。
铅对脑、中枢神经系统、肾脏、肝脏和血的产生都有损坏。
业界关于电子产品的相关法规的介绍（ROHS和WEEE）
RoHS指令欧盟为了限制有害物质在电子电器产品中的使用，并透过妥善的回收及处理废弃电子电器产品达到保护人类健康的目的，于2003年颁布2002/95/EC号法令，即RoHS法令（Restriction of the use of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment Pirective）——电子电机产品之危害物质限用法令。 WEEE指令主要规定是藉着赋予各家电器与电子设备制造/销售厂商，对于这些产品使用完尽后所生成废弃物的”延伸制造者回收责任，来达到加强回收WEEE的目标。规定各会员国应该在2006年年底之前达到至少回收70%WEEE与回收再利用50%以上WEEE材料与组件(各类电器回收率目标不同)的目标 。
WEEE&RoHS法令中所规范的电器及电子设备产品
 大型家电用品（Large household appliances）
 小型家电用品（Small household appliances）
 信息及电讯设备（IT&Telecommunication equipment）
 消费性设备（Consumer equipment）
 发光设备（Lighting equipment）
 电子及电器工具（Electrical & electronic tools）
 玩具、娱乐运动设备（Toys）
 医疗设施(Medical equipment system)
 监视及控管设备（Monitoring & controling struments）
 自动贩卖机（Automatic dispensers）
无铅的定义和无铅豁免条例：
电子工业中的所谓无铅就是指用其它一种或几种对人体无害(或微小可预防)的金属代替工业制造用料中的铅金属，从而大大减少或避免由于人们使用含铅产品而造成的健康受损。
铅浓度不超过产品总重量的 0.1%，并且如果设计用于焊接的话，也适用于特定的无铅焊接工艺。
世界先进公司关于绿色产品和无铅的研究进展：
凯斯特生产无铅焊料的美国厂商————无铅溶液使无铅焊接成为今天的现实：
目前采用无铅焊接工艺的众多公司都已制定并实行了一套行之有效的实施方案。这些确实需要一定的时间，与此同时，随着规定时限的迅速迫近，研究探索以及实施无铅波峰、回流和再加工规程的时机就应当是现在。
无铅焊接并不是可行性的问题，它更多地是我们在这个技术领域处于追随地位还是领导地位的时间问题。
凯斯特公司开发了许多同类产品中最好的焊接产品 ，这为切实地过渡到采用无铅装配提供了保证。从焊锡膏到液体焊剂、焊锡线、预成型件和焊锡球，凯斯特公司以可靠的无铅工艺为设计宗旨，研制开发了许多工艺产品。
凯斯特把开发无铅产品的强化化学特性方面的不懈努力当作公司全球研究开发团队的首要工作。凯斯特同样认识到，拥有可靠的产品以及专业知识才能稳步前进，使无铅应用成为现实。凯斯特应用工程师都经过相关认证，能够帮助用户面对无铅装配技术上的挑战。
凯斯特大学 的创办目的就在于使共享凯斯特宽广的领域知识财富成为可能。凯斯特大学可以提供有关无铅装配的最好的培训课程。无铅技术专业知识可以克服无铅焊接应用中的种种障碍，它可以帮助我们实现无铅焊接，同时还能保持原有的可靠性和生产产出。
德州仪器 (TI) 将符合 RoHS 指令的产品定义为"无铅 (Pb) 产品"，规定内容包括：铅浓度不超过产品总重量的 0.1%，并且如果设计用于焊接的话，也适用于特定的无铅焊接工艺。
RoHS 的地位是基于 TI 对欧盟 RoHS 指令 2002/95/EC 的当前认识以及对产品材料的了解。
出于对环境的保护，电子组件与系统对无铅解决方案的需求在半导体与电子领域越来越受重视。德州仪器 (TI) 致力于与客户合作，提供能够满足他们在这些领域中用于特定需求的产品。TI 于 1989 年向 IC市场推出的镍/钯 (Ni/Pd) 涂层是一种无铅备选方案。目前已有 300 多亿 TI 无铅镍/钯组件投入实践应用。TI 可为上述无铅涂层提供各种类型的封装。凭借 TI 现有用于制造镍/钯涂层组件的基础设施，我们坚信，在向客户提供种类繁多的无铅产品能力方面，TI始终居于业界领先地位。为了了解其他无铅涂层的可制造性与可靠性，包括 TI等在内的众多 IC 供应商都在对其进行评估。TI为某些大规模量产的 MicroStar BGA? 产品开发了无铅球栅选项。此外，TI 还正在评估无铅球栅选项，用于支持其他领域的封装系列。
目前，TI 正积极参与几个致力于解决无铅工艺问题的业界联合体。这些联合体正在评估具有无铅组件与印刷电路板涂层的无铅焊料合金。已提出的数种无铅焊料合金所要求的最高回流温度均高于当前 Sn/Pb 的峰值温度。
260℃ 峰值回流温度的影响
采用当前组装材料制成的 IC 封装的湿度敏感性测试显示，峰值回流温度为 260℃ 时会对湿度性能造成负面影响。某些封装类型显示湿度敏感性会降低 2 级以上。由于我们需要支持更高的回流温度（>235℃），因此需要用当前材料集做干燥包封装 (dry-pack package)，或采用更昂贵、更先进的组装材料。
Xilinx在1999年实现了无铅计划。由于制定了清晰明确的蓝图，并与技术伙伴密切合作，Xilinx已经生产不含有害物质的产品，以满足OEM倡议和法律管制的要求。
在Xilinx：无铅=符合RoHS指令=绿色
Xilinx 符合无铅/ RoHS标准的产品
Xilinx定义的“无铅”产品指的是符合RoHS的产品，包括对Pb（浓度< 0.1%）、汞、六价铬、镉、PBB和PBDE的限制。
Xilinx提供的标准封装符合RoHS规范中六种限制使用物中的五种。
Xilinx标准封装包括铅，但对ROHS指令中另外5种物质的限制则完全满足. 目前尚无废止标准（非无铅）产品的计划。
中国无铅法规指定和推行的进展情况：
根据中国电器工业协会的最新数据，2004年一季度，我国机电产品出口在我国出口中所占比重达55％。而欧盟已经成为中国机电产品出口的主要市场。由于中国厂商环保理念和工艺水平的落后，RoHS指令使得将近270亿美元的中国机电产品面临欧盟的环保壁垒。中国政府一直在给以密切关注和研究对策，国务院专门责成信息产业部负责针对欧盟环保指令的研究和应对工作。信息产业部根据《清洁生产促进法》和《固体废物污染环境防治法》等有关法规制定的《电子信息产品污染防治管理办法》已经完成，并于2005年1月1日起施行。《电子信息产品污染防治管理办法》规定，自2006年7月1日起，列入电子信息产品污染重点防治目录中的电子信息产品中不得含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯乙醚和聚合溴化联苯及其他有毒有害物质。对于2006年7月1日以前的一段时间，中国政府要求电子信息产品制造商们实行有毒有害物质的减量化生产措施，并积极寻找可替代品。同时，一个名为“电子信息产品污染防治标准工作组”的机构也已经开始筹备成立，该机构的主要任务是研究和建立符合中国国情的电子信息产品污染防治标准，开展与电子信息产品污染防治有关的标准研究和制定工作，特别是加快制定急需的材料、工艺、测试方法和实验方法的基础标准。
PCB板的制作过程：
参考附件。“PCB 制造的过程及工艺.htm”
PCB的DFM设计：
产品导入阶段，验证“可制造性设计” (DFM) 规则——包括“可组装性设计” (DFA) 和“可测试性设计” (DFT)，DFM (DESIGN FOR MANUFACTURING) 电子产品设计与制造之整合。
典型案例分析：
二、 绿色电子和无铅制造的推行和实现
电子组装钎焊原理介绍：
无铅焊料和有铅焊料的比较和分析：
传统的 Sn63 焊料经过回流后可以得到光亮的焊点，锡-银-铜合金得到的焊点比较暗淡且表面略有裂隙；对于此种合金来说，这种现象是典型的，并不代表焊点质量很差。其他能够注意到的区别为锡-银-铜合金得到的焊点接触角较大，焊盘周围的熔湿降低，且锡-银-铜的熔湿速度和完全性不如 Sn63
锡膏认证测试：包括锡粉粒径及形状、助焊剂含量、黏度测试、黏着指数测试、印刷性测试等。
锡膏认证测试包括：铬酸银实验、铜镜实验、铜板腐蚀实验、卤素含量实验、锡球实验、坍塌实验、扩散性实验、湿润性实验等。
焊料棒的认证和技术规格：
助焊剂认证技术指标：
焊锡丝的认证和技术规格：
助焊膏的认证：
辅料相容性问题：
辅料的专利问题：
元器件采购技术要求：
无铅制程采购和物流控制：
无铅制程生产线管制：
无铅制程现场管理案例：
三、无铅产品可靠度实验和失效分析
SMT流程介绍：
SMT就是表面组装技术（Surface Mounted Technology的缩写），是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。
SMT有何特点：
1、 组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%。
2、可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低。3、高频特性好。减少了电磁和射频干扰。4、易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30%~50%。 节省材料、能源、设备、人力、时间等。为什么要用SMT： 1、电子产品追求小型化，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小 2、电子产品功能更完整，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件。 3、产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力 4、电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用 5、电子科技革命势在必行，追逐国际潮流
无铅焊接制程介绍：
将锡-银-铜作为焊锡膏合金时的主要差别在于峰值温度。该种合金的熔点为 217-221 C；峰值温度为 230-255 C，这取决于组件的热质量。建议超过液相线的时间 (TAL) 不超过 90 秒，以避免残留物烧焦；这也会减少金属间化合的几率。
无铅组装的焊点可靠性：
传统的 Sn63 焊料经过回流后可以得到光亮的焊点，锡-银-铜合金得到的焊点比较暗淡且表面略有裂隙；对于此种合金来说，这种现象是典型的，并不代表焊点质量很差。其他能够注意到的区别为锡-银-铜合金得到的焊点接触角较大，焊盘周围的熔湿降低，且锡-银-铜的熔湿速度和完全性不如 Sn63。
无铅可导致发生焊接缺陷的几率增加，预防缺陷出现需要对无铅合金和焊剂配系具有更好的理解。诸如桥接、不熔湿、反熔湿以及发生焊料结球等缺陷的的可能性可能增加。选择与待焊接金属相容的恰当的焊剂化学组成以及使用优化的回流温度特性曲线可以防止缺陷的增加。采用正确的存放和处理方法确保线路板和元器件的可焊性也将使采用无铅焊锡膏的良好焊接成为可能。如果化学组成经过仔细挑选且 SMT 工艺受到良好的控制，则产出结果将会与采用 Sn63 工艺相同。
组装可靠性的分析和检测方法介绍：
转向无铅焊接技术几乎使PCB组件的方方面面都受到了影响，包括测试和检测手段。这里，我们着重论述一些相关的技术问题，以及无铅焊接给自动光学检测(AOI)、自动X射线检测(AXI)以及在线测试(ICT)等主要测试和检测技术带来的影响。
回流温度
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