PCB行业ROHS相关知识（下）

4.0 PCB 企业无卤化

4.1 四溴双酚A

欧盟ROHS禁用的二种阻燃剂是PBB(多溴联苯)和PBDE(多溴二苯醚)，禁用的原因是PBB和PBDE在废弃燃烧时，会放出dioxides(戴奥辛，中文叫做二恶英)，Benzfuran(苯呋喃)等，发烟量大，气味难闻，高毒性，致癌，摄入后无法排出，不环保，影响人体健康。据说，PBB 在印制板基材行业早已停用，PBDE 仅有少量用在纸基PCB 中，较多的是用在热塑性塑料行业作阻燃剂。

目前，尚未有任何法律法规加以规定，不得使用PBB 和PBDE 以外的溴阻燃材料。在印制板行业常用FR4、CEM基材上，阻燃剂多使用溴化环氧树脂，如四溴双酚A(Tetrabromobis-phenol-A)二溴苯酚，六溴环十二烷，三溴苯酚等，其含量为8-20%。在电子和电气设备中为确保防火安全性，世界上使用最广泛和最主要的一种阻燃剂是四溴双酚A。四溴双酚A对人体和环境是否安全，这是人们迫切关注的问题。一个国际溴化学行业组织——溴科学与环境论坛(BSEF——Bromine Science and Environmental Fornm)对四溴双酚A树脂基的印制板作环境风险评估正在进行中,评估结果将于2006 年底公布。目前的初步结论有：

1) 欧盟颁布的有害物质禁令(ROHS)中，不包括四溴双酚A，而限制使用的阻燃剂只有五溴二苯醚,八溴二苯醚和多溴联苯。以十溴二苯醚作为印制板的阻燃剂，可放心使用(欧盟2005年10 月15日发布2005/717/EC决议)。2004 年全球使用四溴双酚A 的量是17 万吨，是当今全球产量最大的溴化阻燃剂。估计90%以上的电子电气设备使用了四溴双酚A树脂。

2) 加入了四溴双酚A的层压板材具有阻燃性，可满足FR4 板材性能指针，另外，四溴双酚A可使树脂固化，确保材样有最好的机械性能。在FR4 覆铜板中，四溴双酚A 其分子经反应成为环氧树脂的骨架。

3) 四溴双酚A被公论是PCB层压材料中性能价格比最好的防火安全材料，已证明四溴双酚A符合欧盟既定的健康和环保标准，对人体健康是安全的,对环境无影响，也不析出。

4) 四溴双酚A是层压板中使用最有效的阻燃剂，也是从健康和环境角度来讲研究得最透彻的阻燃剂。目前世界上没有任何法规限制使用四溴双酚A。

卤素，指化学元素周期中的卤族元素，包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）。含卤素的阻燃剂不一定是健康和安全的，PBB和PBDE 含卤素，禁用；四溴双酚A含卤素，研究初步结论是OK，不含卤的阻燃剂是安全环保的。这个结论是否有道理？

一些跨国大公司认为PCB基材的发展方向是无卤化，他们在积极推动完全废止除PBB和PBDE 以外的所有含溴阻燃材料，包括索尼、摩托罗拉。一些已开始使用无卤化基材的整机厂家，是不会“退回”使用原来的含卤基板材料的。但是，不可忽视的问题是，含磷阻燃剂制造的覆铜板在同时实现“无卤化”，“无铅化”要求时，制造成本会大幅提升，客户不易接受。, 有人戏言：今后生产无卤化覆铜板只是给少数的客户“开小灶”。我们熟悉的PCB 技术权威台湾白蓉生教授说，“基板无卤化，是商业、政治的一时炒作，简直是一场瞎胡闹”。

笔者相信， BSEF（溴科学与环境论坛）对四溴双酚A环境风险评估结果公布后，今后几年，含卤覆铜板继续存在并占领大部分市场；目前无卤基板需求是少量，如果价格能大幅降低，性能亦优越，无卤基板客户会快速成长。部分人的心里感受，是无卤阻燃剂的产品更为安全、健康，是真正的绿色产品。

5.0 PCB 无铅化

1）欧盟禁铅，何谓无铅？

铅是欧盟 ROHS指令禁用的六种物质之一。)欧盟称，物质中铅含量<0.1%为无铅；日本标准，Pb<0.1%；美国标准，<0.2%称之为无铅。只要不是故意在焊料中加入铅就应称之为无铅。

2）PCB表面处理无铅工艺，有哪些？

按照欧盟的指令，有铅喷锡（Pb：Sn=37：63，即热风整平）2006.7.1 以后判死刑。PCB 可焊性表面处理，能够量产的工艺有：无铅喷锡、化学沉镍/金、电镀镍/金、化学沉银、化学沉锡、OSP。另外，手机板先局部沉Ni/Au（触点部位），其余OSP。

3) PCB焊接的基本原理

研究表明，焊接过程中，焊盘上只有铜和镍起到作用。其外表的银和金属仅用作保护底金属不被氧化（生锈）以便于焊接。金、银层并未对焊点强度作贡献，愈厚反而愈糟。焊盘表面若是锡（不管是喷锡或浸锡），则会与焊接时的焊料熔为一体。

镍/金层又可分为电镀Ni/Au和化学沉Ni/Au。化学沉镍层，通常会含有磷6-11%，在焊接过程中容易发生黑焊盘（Black pad），因而逐渐被OSP所取代。

在各种焊料合金中，锡占主导成分，它才是焊接的主角。其余的各种成份（镍、铜、铟、银、铋等）的功用有二方面，一是降低焊接熔点，二是压制界面合金共化物IMC（Intermatellic compound）的生长，少量的铜和镍会参加接口合金共化物（IMC）的结构。只有在焊温中接口合金共化物（IMC）迅速成长才会展现其强度，而未产生接口合金共化物（IMC）者就是冷焊或虚焊了。

资料表面，可焊性（Solderabilitg）好并不代表焊点强度（Joint strength）和老化过程中的可靠性（Reliability）也好。锡铜焊点（Cu6 Sn5）比锡镍焊点（Ni3 Sn4）更强。:

4) 无铅喷锡（热风整平）

无铅焊料，欧、美、日三方共同认可最具可行性的配方是锡银铜系列（Sn-Ag-Cu）。美国ENMI 推荐（美国电气制造商协商）：熔焊95.9Sn-3.9Ag-0.6Cu，波峰焊99.3Sn-0.7Cu。欧盟Brite-Eurarn推荐95.5Sn-3.8Ag-0.7Cu。日本电子工业发展协会（JIEDA）推荐96.5Sn-3.0Ag-0.5Cu，这就是SnAgCu305配方，目前成为无铅焊接的主流。上述的三相合金共熔温度为217℃，成为欧美日三方最关注的宠儿，全球电子界公认的最佳无铅焊料。

目前电子装配厂使用的焊料多为SuAgCu305配方，其熔点（217℃），比起有铅Sn63：Pb37焊料的熔点183℃高出34%。在广东的PCB企业据了解，2004 年拥有无铅喷锡工艺的仅为几家，2005 年已有数十家购买了无铅喷锡机。所使用的焊料，有的使用SnAgCu305，而更好的是使用SN100C焊料。SN100C是一个SnCuNi配方，其Sn 含量占绝大多数，Cu 占0.7%，Ni 少量，这种焊料在全球至少有450 台机器在使用。在无铅喷锡时，采用SuAgCu305（217℃）或SnCu（227），溶铜速度快，会使锡缸很快引起铜污染，容易造成针状界面合金共化物（IMC），流动性差，散锡性不好，熔蚀伤害板面上的铜导体。而使用SN100C，或日本的SCN（含Ni 0.02-0.05%），效果比SuAgCu305要好得多。

5) 化学沉Ag和Sn

高频微波印制板客户喜欢用沉Ag工艺，银层对高频性能影响小。银层可焊性好，沉积层薄（0.15±0.05um），工艺流程简单，易操作，但最大的问题是银层易发黄发黑，生产线各个槽要用纯水，步步操作要小心细心，板与板之间用无硫纸相隔，板面一发黄，客户即会退货。另外，沉银层一旦不合格（铜孔、变色），返工困难。国内外不少客户在用沉锡工艺。锡层需1.0um以上的厚度，沉锡槽需较高温度（60-70℃），时间较长10 分钟，沉锡液化学攻击性强。很易引起PCB上的绿油起泡、渗镀、掉皮。工艺很娇气。

6) 无铅化小结

无铅化，对 PCB 企业来说，遭受到了极多的空前灾难。报废率上升，成本上升，退货投诉增多，在企业内部，工艺、品保、生产、市场人员常常被客户搞得鸡犬不宁，纠纷不断。所有的无铅化工艺（Ni/Au、Sn、Ag、OSP、无Pb 喷锡）都需经历客户无数次投诉，退货，跌倒多次，摸滚爬打，才能对无铅工艺有所认识，摸透其脾气，逐渐走向自由。整个过程是痛苦的。