目前，对于全球的电子元器件制造商来说，现有的和新增的对电子元器件和系统中危险材料的限制政策已经向他们提出了重大挑战。《废弃车辆（ELV）》规范旨在增加欧盟制造和销售的车辆中可回收材料含量，已经于2003年7月生效。欧盟的《报废电气和电子设备（WEEE）》规范及其相关提案《减少有害物质（RoHS）》将在2006年7月1日生效，并将影响绝大多数在欧盟销售的电子产品。此外，其它限制在电子元器件中使用铅的国际法规（主要是日本的法规）也须予以考虑。
尽管绝大多数大型集成电路制造商已经制订了符合RoHS规范的产品开发计划，但仍有许多元器件和部件制造商未能充分理解这些欧盟规范的范围、含义和可能产生的后果。但是，为符合这一标准所剩余的时间正在缩短，我们必须通过实施有效的设计、生产和信息管理等战略来促进这一转变。

由高层进行管理

尽管这次转变已经可以与表面安装技术的采用所带来的影响相提并论，但其时间进度显得较为紧促，而在截止期限方面的要求带来的影响会更加严重。由于OEM（原始设备制造商）的客户无法接受传统的含铅元器件，因此可能造成突然的大量元器件报废的情况，给制造商提出了一系列严峻的挑战。

制订一项能够满足与这次转变相关的业务和供应链要求的产品实施计划，涉及到采购、物流、制造、返工、信息交流和信息技术等各个环节。由于这些规范将对产品中使用电子元器件的所有行业带来影响，并且还有可能影响到某些含有玻璃、塑料和金属的产品，因此，产品的可追踪性将成为众多行业高度关注的业务问题。

与“千年虫”信息技术的转变相似，大量已经建成的系统和公司基础设施都要受到无铅制造技术转变的影响。但是，最近的调查表明，大多数意识到RoHS规范影响的人员所承担的只是操作责任，而非管理责任。另一项类似的对照是ISO认证，它跨越和整合了多项功能领域。这次的转变与ISO认证相同，如果高层管理者能清楚地认识到这一点，符合规范要求将会更加容易。在理想情况下，组织达标团队和实施转变计划的责任应由高层管理者来承担。达标团队应当包括供应链/采购经理、风险管理经理、制造经理、设计经理和信息技术经理。

与供应链上下游的信息交流

控制产品使用寿命、制订转变战略、重新审核材料资格、满足OEM客户的要求，这些工作可能需要将技术文档和数据管理提高到一个新的水平。获取和整合所有元器件的材料合格声明信息，将其与法规和公司标准进行对比，在复杂的供应链上下游进行传播，这些工作对于达到规范要求、改进运营效率并确保客户满意度，都具有至关重要的作用。

许多全球性电子元器件和部件供应商为达到自己的目标，已经通知他们的供应商，要求在2006年7月1日RoHS和WEEE生效之前供应无铅的元器件。这项积极性的措施有助于制造商加强设计方面的变革、保证直接替代产品或备选替代产品的合格性，并确认新的材料清单（BOM）中总体风险。
WEEE规范强制要求制造商在2005年7月，在产品上做出标记，并向回收处理商提供危险性材料的数据。为确保符合标准，制造商需要建立审查跟踪制度，覆盖整个供应链和制造环节，对材料成份进行追踪，并提供单个部件和整体产品的成份含量百分比。
对于元器件和部件供应商来说，这意味着要求提供产品的资格证明，其中包括下列合格证明文档和测试数据：

搬运、包装、运输和使用

钎焊性测试

钎焊焊点的可靠性测试

所采用的钎焊合金，及其向上/向下兼容特性

机械冲击和振动

高温贮存

锡晶须增长（适用情况下）

湿度敏感性

这项要求可能对制造商的信息技术体系提出新的要求。例如，为编制符合环保要求的材料清单和设计流程、对新部件进行外包以及管理替代性工艺，可能要求增加更多的数据项目和报告。对公司的记录体系（SoR）进行彻底审查时，要集中注意该体系的以下能力：对供应链进行有关新材料要求和报废责任的培育能力、向客户提供新标准和新技术规格信息的能力，以及对达标信息进行管理和更新的能力。

标识和追踪无铅元器件

由于无铅工艺要求的温度更高、时间更紧，因此有铅和无铅的部件必须隔离开来。在元器件供应商开始提供有关部件编号和营销计划的信息阶段，会出现标识不一致的状况。美国电子制造促进会（NEMI）元器件和电路板标识项目，就针对无铅工艺提出了推荐方案，但目前这方面尚没有世界统一的标准。

一些制造商已经在散装件的包装标签上增加了无铅标志和湿度敏感性（MSL）标识，但不会改变元器件的部件标志。另一些制造商在元器件的部件标志上添加了一个无铅表层的标识记号。还有一些制造商由于没有客户提出要求而倾向于不做任何改变。因此，要对每一家元器件制造商进行接触，并对每一种元器件产品进行资格审查、标识和制造工艺的追踪。


对元器件和装配进行评估

目前市场上有许多无铅元器件表层材料，并且正成功地应用于电子装配加工中。但是，由于受到较高熔化温度等因素的影响，各家制造商必须对无铅合金的成本、可靠性和可制造性进行评估。

由于多溴联苯和多溴联苯醚属于不符合RoHS规范的物质，所以采用这些物质作为阻燃剂的印刷电路板时必须予以查明和更换。较高的钎焊温度也会影响到采用了塑料涂覆层的印刷电路板和其它元器件。常见的问题包括：层间剥离现象、爆裂诱发的裂纹现象和翘面现象。这些部件的许可温度范围必须予以确定，并在必要时采用其它元器件进行替换。

为了达到新规范的要求，越来越多的供应商开发了采用纯锡或高锡含量的合金表层，"锡晶须"所引发的可靠性问题的严重性也随之增加。"锡晶须"现象出现在当锡金属达到某一特定温度时，开始生长出称为"晶须"的微小的树枝状晶体。这些"晶须"很容易发生剥落，从而导致对这些钎焊焊点可靠性的怀疑。由于对这种物理现象所知甚少，它对电子部件的可靠性带来了严重的风险。这些风险都与锡晶须有关，包括短路、金属蒸汽引发电弧，以及由于晶须破裂残屑和杂质所引发的元器件受损现象。

美国电子制造促进会（NEMI）已经进行了几项锡晶须试验、模型建立和用户团队项目，以调查晶须形成的原因，以及控制晶须形成的方法。有关无铅表层的试验性测试结果以及临时性建议措施，可在美国电子制造促进会（NEMI）的网站查到，其网址为www.nemi.org。

评估制造的过程

采用无铅的表层和焊料要求使用更高的回流焊接温度。绝大多数元器件制造商目前所使用的是美国电子制造促进会（NEMI）认定符合性能标准的260℃的回流焊接工艺。目前有多种无铅焊料可供选用，其中一些焊料属于常用焊料，但每家制造商都应对其预定使用的焊料的特性变化状况进行确定。对其主要成份应进行试验，试验应该在焊料制造商所供应材料的允许浓度误差的所有极限值条件下进行。

为了满足新材料和更高温度的要求，工艺有可能需要重新制订，设备也有可能需要更换，如焊接工具和回流炉。也必须对随工艺变化所产生的空气的质量和排放物进行评估，并加以控制，以确保工作环境的安全性。

评估修理和返工过程

在产品的开发阶段，经常要求进行返工。但在产品的整个使用寿命期间，由于保修期修理工作的需要，也会存在进行返工的问题。无铅合金较高的熔化温度产生了两项主要的返工难题—更换元器件有可能受到损坏；以及与返工部分相邻的元器件的钎焊焊点质量有可能出现不良变化。

由于无铅焊料合金不像锡/铅焊料那样容易浸润或利用毛细现象进行吸取，从而致使返工过程更加复杂。尽管如此，对于采用无铅焊料的所有类型的元器件，都已经开发出成功的返工方法（手工方法和半自动方法），绝大多数用于锡/铅焊料的返工设备也可以使用无铅焊料。另一方面的设计考虑是返工工作对元器件可靠性的影响。最近颁布的IPC020B标准，重点强调了返工工作对较高温度额定值的元器件的重要性。

目前还没有无铅焊料的标准，修理和返工工艺的意义也需要进行充分的研究。将两种不同的焊料结合在一起可能产生具有不同属性的第三种合金，并影响到钎焊焊点的可靠性和回流工序的温度。因此，在印刷电路板上，有可能需要对用于制造部件的焊料的类型进行标示。


总结

在电子元器件上使用铅和其它危险性物质引起了越来越多的环保和政治方面的关注，但各个制造商之间对此的相应认识和措施方面存在着很大的不同。尽管如此，成分达标和无铅工艺的兼容性迅速成为元器件制造商的一项关键性的业务问题。制订一项转变实施计划正是朝着成功实施RoHS和WEEE要求迈出了第一步。此外，那些采取积极措施的制造商更有可能在全球原始设备制造商客户方面获得竞争的优势。

（泰科电子电源组件部 供稿）