文档介绍：RoHS & Lead Free 对 PCB 之冲击
2006 年 7 月 1 日起欧盟开始实施之 RoHS 立法,虽然欧洲与日本 PCB 厂商已展开各项
Lead Free 制程与材料切换,并如火如荼的进行测试。但若干本土的 PCB 厂因主要订
单在美商,基于成本的考虑,仍采取观望的态度。但如果不正视此问题,一旦美系 OEM、
EMS 大厂决定跟进,必将措手不及衍生出诸多问题,可能的冲击不可等闲视之。
▲FR-4 树脂、铜箔、焊料与背动组件彼此存在热胀系数之差异,其中树脂 Z 方向的热
胀系数高达 60ppm/℃,与其它三者差异甚大。
由于锡铅焊接之组装方式已沿用 40 年以上,不但可靠度佳且上至材料下至制程参数
与设备均十分成熟,且过去发生的信赖性问题与因应对策已建立完整的数据库,故发生
客诉时,可迅速厘清责任归属。但进入 Lead Free 时代,从上游材料、PCB 表面处理、
组装之焊料、设备等与以往大相径庭,且大家均无使用的经验值,一旦产生问题,除责
任不易归属外,后续衍生丢失订单、天价索赔的问题可能层出不穷,故不可不慎。
Lead Free 组装通用的焊料锡银铜合金(SAC),其熔点、熔焊(Reflow)温度、
波焊(Wave Soldering)温度分别较锡铅合金高 15℃∼35℃以上,几乎是目前 FR-4
板材耐热的极限。再加上重工的考虑,以现有板材因应无铅制程存在相当的风险。
有鉴于此,美国电路板协会(IPC)乃成立基板材料之委员会,针对无铅制程的要求
订定新规范。然而,无铅时代面临产业上、下游供应链的重新洗牌,委员会各成员基于
其所代表公司利益的考虑,不得不作若干妥协。最后协调出的版本,似乎尽能达到最低
标准。因此,即使通过规范,并不代表实务面不会发生问题,使用者仍需根据自
身的需求仔细分析。
以新版 IPC-4101B 而言,有几个重要参数:
Tg(板材玻璃转化温度):可分一般 Tg(110℃∼150℃),中等 Tg(150℃∼170
℃),High Tg(>170℃)以上三大类。
Td(裂解温度):乃以「热重分析法」(Thermal Gravity Analysis)将树脂
加热中失重 5%(Weight Loss)之温度点定义为 Td。Td 可判断板材之耐热性,作
为是否可能产生爆板的间接指标。IPC 新规范建议因应无铅焊接,一般 Tg 之 Td >310
℃,Mid Tg 之 Td>325℃,High Tg 之 Td>340℃。
▲在组装之波焊过程,无铅焊料因过于僵硬,容易产生局部龟裂或将铜环从板面拉起造
成局部扯裂的状态。
■Z 轴 CTE,α1、α2
CTE 为热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion)的简称。PCB 在
,以致 CTE 不大,约在 12∼15ppm/℃左右。但板厚 Z
方向在无拘束下将扩大为 55∼60ppm/℃。Z 轴 CTE 采「热机分析法」(Thermal
Mechanical Analysis 简称 TMA)量测板材 Tg 以内的热膨胀系数(α1-CTE),及
Tg 以上的热膨胀系