Особенности применения электронных компонентов без содержания свинца (Pb-free) (Часть 1.)

Почему и зачем они появились?

Начало всему положила директива 2002/95/ЕС Евросоюза, ограничивающая использование опасных химических соединений в промышленной электронной продукции. [1] Согласно данной директиве, известной ныне под аббревиатурой RoHS (Restriction of Hazardous Substances – запрет вредных веществ), с 1 июля 2006 года запрещено использование в новой электронной технике целого ряда опасных для здоровья и окружающей среды материалов. Директивы аналогичного содержания приняли Китай, Япония и некоторые штаты США (в том числе колыбель Кремниевой долины - Калифорния). В число таких материалов входят ртуть, кадмий, шестивалентный хром, но основным материалом, из-за которого и разгорелся весь сыр-бор, явился свинец, который входит в состав традиционных оловянно-свинцовых припоев, используемых, в том числе, в качестве покрытия выводов электронных компонентов. В данной статье мы не будем оценивать эффективность такого решения (по данным Американского Геологического Общества менее 1% используемого в промышленности свинца расходуется на цели электронной промышленности [2], более того – многие Pb-free припои намного токсичнее впавшего в немилость оловянно-свинцового собрата) и его экономические последствия, рассмотрим лишь технические аспекты, с которыми предстоит столкнуться разработчикам и производителям электронной техники. Развитием экологического направления в электронной индустрии является стандарт (де-факто) Green. Вдобавок к требованиям RoHS он запрещает использование галогенов (бром, хлор и т.д.), что на практике приводит к использованию других материалов корпусов интегральных микросхем и других вспомогательных веществ (клеи и т.д.). Несмотря на то, что официальный стандарт Green на данный момент отсутствует, ведущие производители выработали общие критерии, которым собираются придерживаться.

Кого это коснётся?

Практически всех разработчиков и производителей электронной техники! В первую очередь, конечно, следует задуматься тем из них, кто экспортирует продукцию в вышеперечисленные страны. У них осталось меньше года для того, чтобы полностью «вывести» свинец из состава изделий. Однако, не следует думать, что всех остальных данная проблема никак не коснётся. Такие крупные фирмы-производители интегральных микросхем, как Texas Instruments, AMD, Fairchild Semiconductor, Philips и многие другие планируют полностью перейти на бессвинцовые технологии в самое ближайшее время. Компоненты, выполненные по традиционной технологии, будут доступны только под заказ. Об этом же сообщают производители дискретных полупроводников (ON Semiconductors, Vishay). Не отстают и производители пассивных компонентов – один из крупнейших мировых производителей Samsung Electro-Mechanic на данный момент практически полностью перешёл на новые технологии. В связи с этим, использование компонентов, не содержащих свинца во всей выпускаемой продукции – это вопрос ближайшего времени для всех производителей электроники.

Что взамен свинца?

На данный момент среди производителей электронных компонентов нет единодушия в этом вопросе. В качестве альтернативы покрытиям выводов, содержащим свинец, наиболее часто используется чистое олово (Sn), сплавы олова и висмута (Sn-Bi) (в настоящее время используется всё реже) и многослойное покрытие золотом, палладием и никелем (Au-Pd-Ni). В качестве материала для изготовления выводов микросхем в корпусе Ball Grid Array (BGA) наиболее часто используется сплав олова, серебра и меди (Sn-Ag-Cu). Этот же материал наряду со сплавом олова и меди (Sn-Cu) является наиболее популярным бессвинцовым припоем. Строго говоря, данные материалы были известны и ранее, но по популярности серьёзно проигрывали традиционному сплаву олово-свинец (Pb-Sn). Например, ламинат Au-Pd-Ni впервые был использован фирмой Texas Instruments в 1989 году и с тех пор ими выпущено несколько миллионов компонентов с таким покрытием. Кроме этого, претерпевают изменения и покрытия самих печатных плат, для которых всё чаще используются золото (обычно с промежуточным слоем никеля), чистое олово и серебро и даже органические материалы. Такое разнообразие материалов, нередко усугубляемое необходимостью использования на одной печатной плате как компонентов, произведенных по традиционной технологии, так и бессвинцовых элементов, вызывает большое количество вопросов по корректной технологии пайки и выбору припоев у разработчиков и производителей электроники. Учитывая всё больший рост в процентном соотношении компонентов без содержания свинца (в том числе и на отечественном рынке), в данной статье мы постараемся осветить хотя бы часть этих вопросов.

Как распознать Pb-free компонент?

Как и в вопросе выбора материалов на замену оловянно-свинцовому припою, здесь среди производителей нет однозначности. В Tаблице 1 приведены примеры новых обозначений, используемых основными производителями интегральных микросхем.

Tаблица 1. Примеры новых обозначений, используемых ведущими производителями интегральных микросхем

Кроме перечисленных выше изменений в наименованиях, большинство фирм-производителей помещают утверждённый стандартом JEDEC [3] символ на упаковку (Рис.1)

Рис.1 Маркировка упаковки компонентов, не содержащих свинца

Встречаются также нестандартные маркировки, но все он содержат надпись Pb-free или Lead-free, означающую отсутствие свинца.

Оглавление

Следующая страница -->