符合ＲｏＨＳ的產品的向下兼容性

向RoHS(《關于在電氣電子設備中禁止使用

某些有害物質指令》)轉換看起來是值得稱頌的現代電子制造界的大事。對于符合RollS的新型產品的需求不斷地困擾著元件供應商，而同時另外一些用戶則要求繼續供應傳統錫／鉛型元件。對于那些未直接受到RoHS影響的電子制造商，元件供應鏈的慣性肯定要影響到錫／鉛元件的可用性，同時元件供應商需要減少不符合RollS的產品的庫存；因此，向無鉛型轉換的時間期限日益加快。如果你必須購買無鉛的商用現成產品，那么在您目前的錫／鉛制造實踐中會使用這些無鉛的商用現成產品嗎?

無鉛化的技術影響

依據元件的類型，向符合RoHS型元件轉移的影響是有差異的。轉換過程的失效模式和效果分析(FMEA)顯露了以下方面的問題：1)可焊性；2)BGA(球柵陣列)的兼容性；3)錫須的形成；4)焊接的可靠性及；5)電接觸的性能。

電子元件的可焊性是與焊料尾端的表面涂層有密切關系。對于大部分的RoHS轉換，我們將看到表面涂層將從錫／鉛(一般93％錫和7％的鉛)改變成100％的純錫涂層。在焊接過程中，錫涂層溶解到焊料中并形成冶金焊縫。有一個普遍的誤解是與錫鉛合金相比，錫的熔點更高，所以要求無鉛元件具有更高的焊接溫度。這是不正確的。這種溫度的影響可以利用可焊性測試來量化，如采用潤濕柱平衡法。圖1示出了在220℃時(低于錫的熔點12℃)低共熔錫／鉛焊料混合物內測試的引出端的潤濕柱平衡結果。結果表明錫／鉛和純錫的性能相似。盡管錫比錫／鉛潤濕的稍慢，但錫卻有更穩定的性能。

在2003年2月，為了向汽車工業提供無鉛電鍍的產品，泰科電子(Tyco Electronics)將我們內部的許多條電鍍生產線從錫／鉛轉換到純錫。由于ELV(廢車回收)指令(RoHS的汽車版本)對焊料中鉛給予豁免，因此大部分汽車制造商仍繼續使用錫／鉛焊料并報告說可焊性與以前的錫／鉛型等同。

球柵陣列(BGA)器件含有焊球。對于符合RollS的產品，焊球一般由錫、銀和銅的合金組成(如SAC305)。這類合金與錫／鉛焊料不兼容。而且，這類合金的熔點比錫／鉛焊料高，因此焊球在錫／鉛焊接過程中不回流。同樣地，這類產品向下不兼容。

錫須是錫的單纖維絲，它是在錫和錫合金鍍層的表面自然生長出來的。錫須生長的確切原因尚不清楚；但元件工業已經采用了幾種可靠的緩解方法來減小錫須的危險，這些方法包括鍍鎳阻擋層、回流錫鍍層以及將錫鍍層退火。盡管錫須仍可能形成，但風險是可以控制的。iNEMI(國際電子制造聯合會)和JEDEC(電子器件工程聯合會)已經公布了測試方法來確定電鍍工藝或產品是否易于產生錫須，并且公布了可接受的緩解方法²。元件供應商可提供其錫須鑒定試驗的詳情。

焊接的可靠性受制于焊縫形成后的冶金狀況。因此，接觸鍍層的冶金狀況可能是令人擔心的。可是，對于錫／鉛鍍層，元件鍍層在焊接過程中被完全溶解到焊料中，因此焊接性能取決于所用的焊料、焊接工藝和錫下面材料(在大多情況下為鎳)的質量，圖2示出了對一種鍍純錫的元件上進行錫／鉛焊接的焊縫SEM(掃描電子顯微鏡)顯微圖。這種錫完全被溶解，余下的全部是錫／鉛焊料、銅引出端和焊接過程中錫銅之間形成的金屬互化物。

對于連接器產品，可能還存在永久互連或可分離互連的性能問題。這將包括連接器間可分離界面以及永久連接如壓接和絕緣位移連接(IDC)。在AMP公司于1941年推出了首個“無焊端子”之后，錫鍍層很快被用于提高這類界面的特性，接觸電阻一直是可靠的。此外，如果我們檢查接觸界面的物理特性，則很明顯從錫／鉛向純錫轉換幾乎不存在需顧慮的冶金原因。

無鉛化的后勤影響

將您的供應鏈轉換到符合RollS的產品的后勤工作是一項令人畏縮的任務。如果你不需要轉換，則更糟糕，但余下的供應鏈將圍繞你進行轉換。大部分元件供應商在滿足ELV要求時是不必更改其元件號的。但對RoHS，情況則不是如此。當可供應符合RollS的產品時，大部分供應商已經被迫發布了新的元件號。有些供應商正在廢除舊的元件號，而另一些則在供應以前的產品，而如果有足夠的市場需求且庫存風險不太大的話，有些供應商仍將繼續制造傳統型元件。

為控制庫存風險，有些元件供應商已經停止生產舊的錫／鉛產品，并且現在正在以符合RollS的產品來取代舊的錫／鉛產品。由于元件完全向下兼容，因此對這些元件的用戶沒有影響(BGA型元件除外)。

對于受到豁免而繼續使用錫／鉛焊料或尚不準備轉換到無鉛工藝的制造商，電子元件向無鉛型轉換不會影響到他們的制造工藝。可靠性問題，如可焊性、接觸性能及錫須的產生，可以通過測試產品、利用緩解方法并通過獲取供應商的試驗數據來解決。

參考文獻

1．Hilty，R.D.，Myers，M，《錫／鉛焊料無鉛電沉積的可焊性》，泰科文獻503-1O01，可在http：／／www．tycoelectronics．com／environment／leadfree／pdf／503-1001_Solderability_backwards_compatable．pdf站點上獲得。

2．iNEMI(http：／／www．inemi．org／)已經發布了《錫須用戶小組的驗收試驗建議》，該建議可在iNEMI網站上獲取。JEDEC已經發布了試驗方法－JESD22A121－《錫和錫合金表面涂層晶須生長測量試驗方法》，并且，有一份驗收文件正在尋求有資格的投票：JESD201－《錫和錫合金表面涂層錫須危險性環境驗收要求》。

3．實例，參見

http：／／www．tycoelectronics．com／environment／leadfree／pdf／tyco_lf_customer_packet_whiskers．Ddf．