备注
幻灯片放映
大纲
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2
 
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电子电器产品“无铅”的介定
  •     电子电器产品中均匀分散相中的 重量比:


  • 镉含量最大不超过0.01%
  • 铅、汞、六价铬最大不超过0.1%;
  • PBB、PBBDE最大不超过0.1%;


  • 摘自2005年8月19号EU官方文献内容.



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“无铅”无卤PCB的典型测试项目
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                           典型的无铅回流焊接工艺
                               1、无铅工艺焊接温度相对提高;
                                              2、高温下的焊接时间相对延长;
                                              3、冷却速率相对增大;
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For lead free reflow testing patterns
 S1141KF,S1000,S1170,S1000-2                    无铅工艺评估典型PATTERN

  • Testing pattern A
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RoHS 实施进程
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无铅进程
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对于传统的FR-4而言,不同型号设计的PCB其质量保证能力是不一样的,如对于1、单双面、2、低层数、3、低布线密度等的PCB,它们的质量保证能力相对较高;而对于1、高多层、2、高布线密度(埋、盲孔)、3、积成、4、厚铜、5、含铜率高、6、高厚-径比、7、杂化(HYBRID)PCB;8、需多次焊接的PCB等,其质量保证能力相对较低。
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为满足无铅工艺的要求,一部份型号的PCB已无没满足要求,需要选择功能更强的覆铜板材料来实现;
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以上两张图例能告诉我们什么?
  • 1、在无铅工艺中,与线路板基材有关的问题,大多数是可以在传统有铅工艺基础上加以预测的。
  • 2、在有铅工艺中存在的各种质量隐患,在无铅工艺中会不同程度地呈指数性的增长。
  • 3、对于传统的FR-4而言,不同型号设计的PCB其质量保证能力是不一样的,如对于单双面、低层数、低布线密度等的PCB,它们的质量保证能力相对较高。
  • 4、而对于高多层、高布线密度(埋、盲孔)、积成、厚铜、含铜率高、高厚-径比、杂化(HYBRID)PCB、需多次焊接的PCB等,其质量保证能力相对较低,需要选择功能更强的覆铜板材料来实现。
  • 5、传统的FR-4覆铜板材料可以有选择性地实现部分PCB的无铅工艺要求,而这种选择性需要以科学的评估依据为基础。




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最新的IPC “无铅”FR-4 标准草案
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如何理解IPC无铅草案的内容?
  • 草案中的关键词“LEAD FREE”只用于文件检索用途,除此之外没有任何意义;符合草案要求的材料并不意味着就符合无铅工艺要求,不符合草案要求的材料也不意味着就不符合无铅工艺要求。
  • “NO FILLER”与“FILLER”的含意:以重量比的5%为界限,当FILLER的含量超过5%时才定议为“有填料的基板材料”。
  • 对环氧树脂为基础的FR-4而言,TGA与TMA测试值具有相互对应的关系,故草案中的TGA值没有太大的实际意义,需要关注的是TMA值。
  • 草案针对的只是FR-4材料,而纸基板、复合基板材料(如CEM-1、CEM-3)却暂时没有考虑在内,这是IPC下一步的目标。
  • 草案对某些测试项目的方法、样品要求没有规定,而测试方法、测试样品组成对测试结果影响很大,可能在行业内造成混乱或IQC上的争议。


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“无铅”基板材料的改善方向
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传统FR-4经典配方优劣分析
  • 配方组成:                    FR-4                                         “FR-4.5”
  • 主体树脂:         二官能低溴环氧树脂          二官能低溴+多官能环氧
  • 主体固化剂:     双氰胺                                 DICY or 改性胺类固化剂
  • 促进剂;             2-MI;2-PZ;2E4MI           2-MI;2-PZ;2E4MI
  • 溶剂:                 ACETON;DMF                  添加剂(分散、流平剂等)
  •                                                                                               ACETON;DMF



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"优点"
  • 优点:
  • 1、优异的层间粘合性能(Adhesion;Toughness)
  • 2、优异的机械可加工性(Processability,working window)
  • 3、综合性能优秀(电性能+非电性能);
  • 4、成本低廉;
  • 缺点:
  • 1、耐热性相对较差;
  • 2、吸水性相对较大;



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“无铅”FR-4配方及优劣分析
  • 配方组成:              普通Tg无铅FR-4                                       高Tg无铅FR-4(5)
  • 主体树脂:         二官能环氧+多官能Novolac环氧             多官能环氧Novolac环氧
  • 主体固化剂:     PN;BPN;ECPN;改性PN                       BPN;改性PN等
  • 促进剂;             2-MI;2-PZ;2E4MI                                 2-MI;2-PZ;2E4MI
  • 添加剂:            分散、流平剂等                                          分散、流平、增韧剂等
  • 填料:                YES OR NOT                                              YES OR NOT
  • 溶剂:                 ACETON;MEK;PM                              ACETON;MEK;PM


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优点:
1、优异的耐热性能;
2、优异的耐湿性能;
3、优异的ANTI-CAF功能;
4、相对较低的Z-CTE值(如添加FILLER)
缺点:
1、工艺性能相对较差;
2、固化时间相对较长;
3、固化温度相对较高;
4、层间粘合相对较低;
5、机械加工性相对较差(脆性大);
6、成本相对较高;
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无铅理念中几个容易被误导的地方

  • 无铅覆铜板基材并非指覆铜板基材不含铅?
  • 无铅焊接工艺对覆铜板基材的影响很小?
  • 没有必要开发新的覆铜基板材料,选择现有的高Tg材料就可满足无铅焊接要求?
  • 绝大多数现有的FR-4覆铜基材可以满足无铅焊接要求而不会出现任何严重问题?
  • Tg140覆铜板基材将不能满足无铅焊接的要求?
  • 材料的TD、T288越高,PCB的可靠性将越高,越能够满足无铅工艺的要求?
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DICY固化与PN固化高Tg覆铜基板材料性能对比实例分析
  • .
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生益对“无铅”FR-4产品的推介
Lead Free compatible FR-4
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无卤覆铜基板材料的概念
 HALOGEN FREE的诠释?


  • 无卤覆铜基板的三个充要条件:


  • 1、产品中的溴含量不超过900ppm
  • 2、产品中的氯含量不超过900ppm
  • 3、产品中的溴+氯总量不超过1500ppm


  • JPCA-ES-01-1999 Standard test method of halogen-free materials



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无卤覆铜基板材料的基本设计思路

  • 1、主体环氧树脂:含磷环氧树脂





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无卤覆铜基板材料的基本设计思路
  • 主体固化剂


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无卤覆铜基板材料的基本设计思路
  • 主体添加剂(填料)
  •    氢氧化铝:   吸热脱水作用(1967.2KJ/kg、34.6%)
  •    Al(OH)3  →  Al2O3 + 3H2O   (~230℃、300℃、530℃)



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无卤覆铜基板材料的优缺点
  • 优点:
  • 1、Z-CTE相对较低,比传统FR-4基板低20—30%左右(与厂家的配方构成关系很大);
  • 2、耐热性能相对较高(视配方而言);
  • 3、暂时在势行WEEE上会占有优势(回收成本低,但存在不同意见);
  • 缺点
  • 1、耐湿性相对较差(视配方而言);
  • 2、耐化学性相对较差,直接表现在翻洗绿油上(视配方而言);
  • 3、机械加工性能相对较差(视配方而言);
  • 4、材料成本相对较高;
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无卤覆铜基板材料未来的市场命运

  • IPC的基本观点:
  • 1、无卤材料并不等于环保材料;
  • 2、无卤材料是纯粹的市场行为,而不是真正意义上的绿色环保驱动;
  • 3、没有足够证据证明TBBPA对环境、人类健康有影响,反而是电子电器产品因不阻燃起火而造成每年大量的人员伤亡,IPC鼓励对无卤材料的进一步研究探索工作,保持既不支持也不反对的态度;
  • 无卤材料的机会:
  •       EU风险评估组织(RA)正在对“TBBPA是否对环境造成影响”课题开展最后的评估工作,最终评估报告应在06年公布,估计评估结论会是负面的;
  •       无卤电子电器的回收成本比含卤素产品低,是说说而已吗?
  •      风险与机遇共存,我们拭目以待!



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Thank you!