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使用無鉛焊料對產品生產商之挑戰 |
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科技進步，卻也為地球生態帶來極大的危害。為了平衡「科技發展」與「環境保護」，世界各國 |
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轉而重視環保議題，並陸續訂定相關的綠色法規，重新審核電子電機產品的製 |
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造原料，也因此「綠色產品」成為企業競相追求的最新基準。 |
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面對環保的三大目標 ─「無毒、節能與回收」，大部分的企業團體已逐漸從最根本的「無毒」 |
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開始著手，即是將產品中的有害物質減量，乃至不再使用。其中難度最高的是被廣泛應用的鉛， |
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也因此研究與開發各種無鉛之替代製品被視為當務之急。 |
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生命安全的隱形殺手 ─ 鉛 |
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鉛的礦藏豐富，開採提煉成本低廉，並具有許多優點，如鉛丹塗染料擁有優秀的定色性、含鉛高級汽油具高辛烷值 |
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可降低爆震機會、低溫焊料使焊接容易、鉛管也易於施工、鉛酸電池效益高等等，
因此一直被大量使用在電子電機設備 |
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中。
然而鉛是有毒的重金屬，對環境與人體所造成的危害極大，儘管尚未找到全面性的替代方案，歐盟還是將鉛納入有 |
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害物質使用限制指引 (RoHS)
中，大多數超越最低含鉛標準的產品即將在 2006 年 7 月 1 日起禁止輸入歐洲。在歐盟之外， |
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中國大陸、美國與日本等幾大經濟體系也都採取相同立場。 |
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印刷電路板行業面臨高度挑戰 |
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而受到此衝擊影響最大的應屬印刷電路板行業。近年印刷電路板生產商、測試實驗室和大學均致力研究其他能代替 |
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鉛的物質，用於印刷電路板的表面處理和組裝生產過程中。現時可供使用的無鉛物料包括： |
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浸金、銀或錫塗層 |
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化學鍍浸金 (Electroless Nickel
-Immersion Gold, ENIG) |
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有機可焊性保護劑 (OSP
-Benzimidazoles) |
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錫 ─ 銀 ─ 銅 (SAC) 合金漿料，與及 |
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5 |
熱空氣焊錫均塗 ( 無鉛 HASL
現有錫／銅和錫／銀兩種 ) |
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雖然現時有很多無鉛物料供選擇，不過每種物料仍有其特性及限制。大部份電子業內的協會均推薦以 SAC 合金為標 |
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準的無鉛焊料。 |
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無鉛焊料比錫鉛焊料的熔點高攝氏 30 至
45 度（見表一）。雖然錫鉛的熔點為攝氏
183 度，錫鉛迴焊工序的最佳溫度實 |
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質為攝氏 225 度至 238
度之間；在此高溫的工作溫度可容許使用熔點較低的無鉛焊料而毋須變更溫度。很多生產商會利 |
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用錫鉛迴焊的允許溫差比較大這一特點，使用一至兩個溫度曲線便可進行多類型的電路板組裝工序；然而，因為其他零 |
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件可承受的最高溫度只有攝氏 250
度（塑膠物料在高溫下會變形），無鉛焊料的允許溫差便比較小。 |
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表一：焊料熔點和相對的焊爐溫度 |
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物料 |
熔點 ( 攝氏 ) |
焊爐溫度 ( 攝氏 ) |
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由於無鉛迴焊工序所需的熔點較高，過程中會引致印刷電路板內出現分層及破壞其中的零件，例如塑膠接頭 |
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、繼電器、發光二極管 (LED)
、電解及陶瓷電容器等。為保護不能承受太高溫的零件，準確的溫度控制十分 |
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錫鉛 |
183-188 |
250 |
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重要，加熱時需確保溫度不會突然上升而損壞零件。此外，還要留意印刷電路板變形、溫度突然上升引致的 |
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錫銅 (98 錫 / 0.7 銅 ) |
227 |
270-280 |
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裂痕和鄰近零件的熱膨脹系數的差別等問題。 |
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要有適當的濕潤和令焊點形成，便需要修改無鉛焊料的迴焊溫度曲線，在避免組件或零件過熱的情況下達到 |
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錫銀鉍 |
206-213 |
260 |
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峰值溫度和液態以上時間 (time above
liquidous) 。迴焊工序需要較長的預熱時間才升至高溫，以免對印刷電路 |
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錫銀銅 |
217 |
260-270 |
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板造成溫度衝擊。其中兩種常見的方法是保溫型
(soak/ spike) 和帳篷型 (tent) 的溫度曲線。保溫型曲線方法是 |
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錫銀 (96.5 錫 / 2.5 銀 ) |
221 |
265-275 |
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將組件恆常保持剛好在液態溫度下，帳篷型曲線方法則將溫度慢慢增加，直至組件達到最理想的峰值溫度。 |
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採用無鉛焊接方法時，亦應同時推行辨識系統，將相應的零件、電路板表面塗層物料和焊料標識，以免在組 |
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裝過程中將無鉛物料與含鉛物料混合使用，因而影響印刷電路板的使用壽命。 |
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UL 對印刷電路板和成品的要求 |
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UL 印刷電路板認證計劃除測試產品樣本外，亦會監察生產過程，包括最高溫度、暴露時間和生產印刷電路板的物料。假如生產商已開始使用無鉛的表面塗層 |
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物料及焊料，則需要在生產程序說明有關物料成份該項目內清楚列明焊料的種類。此外，如因使用無鉛物料而要提高生產或裝嵌工序的溫度，則須重新評估印刷電 |
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路板的易燃性、導體粘著性、表面浮泡
(blistering) 和分層情況。產品測試一般需時四至十二星期，視乎為時十天的老化測試結果（如不合符結果者，則需時五十六天 |
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的老化測試）。 |
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UL 的成品認證計劃則會監察印刷電路板的易燃性和最高操作溫度
(maximum operating temperature) 指數。即使成品生產商改為使用含無鉛物料的印刷電路板， |
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只要有關印刷電路板生產商已完成及通過相關的測試，則成品的
UL 認證便未必會受到影響。 |
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生產商的相應措施 |
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以下方法可幫助印刷電路板生產商以最短的時間為無鉛產品更新認證： |
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1 |
留意老化測試所需的時間，儘早向 UL
申請更新產品認證。 |
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2 |
使用「跟進廠檢服務 (FUS) 程序書」中表 I 及
II 阻焊劑表 (Solder
Resist Table) 及製程說明
(Process Description) 作為範本，詳細列明擬修改項 |
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目的內容。 |
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列明生產工序溫度和工序次數，引伸出最長的暴露時間，在更新的製程說明中考慮到最大溫度容許範圍及／或多重迴焊工序。 |
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