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无铅电子时代即将来临


The Lead Free Electronic Age is Coming


摘 要: 2006年7月1日开始,"无铅电子时代"将在欧洲启动。对该价值链中的所有公司来说,无铅电子生产意味着巨大的变化。本文介绍并分析了在连接器工业中,替代铅的各种电镀解决方案,最后指出镀金是较为理想的方案。

2006年7月1日开始,“无铅电子时代”将在欧洲启动。对该价值链中的所有公司来说,无铅电子生产意味着巨大的变化。

欧洲议会正采取行动,保护并提升环境品质,保护人类的身心健康,慎重而合理地利用自然资源。这一行动的措施包括两个重要的指令:一个是RoHS(限制使用特种有害物质指令)——指令2004/95/EG,以及WEEE(废弃电子电机设备指令)——指令2004/95/EG。

RoHS指令将于2006年7月1日生效。该指令包含禁止和减少在特种产品中使用诸如重金属之类的特种物质。第二个指令也将于2005年8月13日生效。WEEE指令要求修复并再利用电气和电子设备。

欧洲RoHS指令所禁止的物质之一就是铅。铅经接触和呼吸被吸收后,可以损害人们的健康。作为一种毒性很强的物质,铅能危害中枢和外周神经系统。在连接器工业中,铅常用于锡、铅合金之中,作焊接末端的表面涂饰,或者用作机壳和附件的保护层。锡中加铅的用法,很多年来一直用做焊接工艺中最好而且低成本方案,平均焊接温度为183 C。这种锡铅合金提供了比纯锡更好的机械性能,并经充分证明:铅能够将晶须生长的危险降至最低程度。


供选的电镀方案

替代锡中的铅时,有两种供选的电镀方案。第一,有其它以锡为基础的涂饰,包括纯锡(Sn),锡铜(SnCu),锡铜银(SnCuAg)和其它材料。第二,无锡涂饰,包括金(Au),钯(Pd),钯镍(PdNi)和其它材料,同样都可以使用。如果与锡、铅合金相对比,这些涂饰并非个个都没有缺点。以锡为基础的涂饰可能饱受锡晶须之苦,这是一个令人畏避的技术现象。无锡涂饰通常成本也很高,这是因原材料成本升高的缘故。

因为电子行业的无铅运动和欧洲的RoHS指令,很多电子元件制造商都正在从锡铅合金向纯锡转变,以纯锡作为可软焊涂饰。

然而德资雅迪并不会使用电镀纯锡作为替换。该公司认为,在实践中,如果将电镀纯锡表面涂饰用于连接器,会成为一种有危险性的冒险。


锡晶须

在锡饰层上观察到锡晶须的形成,也有几十年了。锡晶须都是近乎完美的锡晶体结构,并像毛发一样生长。据认为,锡晶须的生长是为了释放锡层内起作用的机械压力。这种晶须的典型直径为5~10微米,并且能够达到大约几个毫米的长度。

锡晶须是电气和电子产品可靠性的一个隐忧。他们能够造成电气短路。锡晶须可能生长在电位不同的两个邻近导体之间,造成瞬间短路(锡晶须熔断)或者永久短路。另外,锡晶须可能挣脱成碎片,造成机械或者其它电气问题。因锡晶须造成的显著问题,新闻早有报导。来自各个行业的富争议性声明,随时都能够在网络上找到。在该行业中,锡晶须造成的破坏性损害,以十亿美元计。

晶须:晶须是非常细的单晶纤维。图中显示在环境温度下库存六个星期以后,锡晶须就会开始生长。接触面的表面涂饰是一种特殊的抗晶须剂(!),在电路板下用镍电镀纯铜锡。(略)

时至今日,对于锡晶须生长的确切过程,人们仍未完全理解。


实现无铅解决方案的雅迪之路

德国雅迪公司早已认识到无铅连接器技术在初期阶段的复杂性。作为一个注重定位逐渐增强的公司,“无铅”解决方案早已成为该公司的首要议事日程。有关锡、铅合金供选方案的检查和测试,都正在与研究院所和客户一起合作开展。

“无铅”解决方案的实现,牵动了德资雅迪各个部门和单位的全体专家。德资雅迪全球产品管理董事Hartmuth Schmidt先生补充说:“对于我们来说,决定性的因素就是我们作为客户合作伙伴的可靠信誉,以及我们坚定地致力于联合各种力量,为无铅连接器技术研制和实现可靠的最佳解决方案。因而,我们已经做出决定,用镀金涂饰替换当前所有焊接末端的锡铅涂饰。很明显,有必要投资自动的电镀装置,使得额外材料的成本保持在最低水准”。

到2004年年底,德资雅迪将全面转向无铅生产。正如Hartmuth Schmidt先生所强调的那样,“我们会按部就班,依照计划行事。因为品质和连续性永远都具有最优先性,所以在德资雅迪,我们会交付无铅而且100%无晶须的产品。对于德资雅迪来说,这是唯一可以接受的解决方案,以便我们的客户们提供长期的可靠性保证。在接下来的几个月期间,德资雅迪将公布详细的试验报告,凸显焊点镀金的可靠性,以及所谓的‘无锡晶须纯锡替代方案’的风险”。

黄金具有非常好的焊接性能和完美的焊接可靠性。在库存期间,这种材料可以保证产品得到完美的腐蚀防护,亦能充分地与现有或者将来的焊接工艺回溯兼容。镀金是一种很容易控制的电镀工艺,并且已经得到大多数终端用户的认可。

从2006年7月起,电子产品的新十年将在欧洲开始。

德资雅迪科技集团专业和精通的领域包括:电力、电子和光学的连接、传输和网络,以及制造业、机电学和软体的创新。该集团使用这些技能,研制定制的解决方案和诸如能源连接器之类的产品,数据传输应用程式,后者包括机械工程学,导轨技术,风力发电厂,工厂自动化和电信部门。另外,德资雅迪还为汽车工业生产电子元件,而且在电子商店和服务系统领域也执市场之牛耳,包括自动香烟贩卖机,预付费电话卡以及相关的供应管理。

图(略)

Har-bus 6排_RoHS:适用于电信市场并具有金涂饰的har-bus HM 6排连接器。

Har-busR_RoHS:已在行业之中使用的DIN 41 612 R型连接器。

图(略)

(德国Harting公司供稿)

GEC 2004年 第11期
         
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