绿色指令——无铅生产技术透视
技术空间
2004年5月，浙江长兴五百名儿童发生铅中毒，“罪魁祸首”是当地蓄电池公司生产废水超标排放而引发的铅污染。你知道吗？我们日常所使用的电脑板卡、CRT显示器中也含有大量的铅，少量吸入后就会损伤人的神经系统。为此，全球电子制造业已采取多种措施来控制铅污染对健康和环境的危害，目前各大制造商正在积极推广的无铅生产技术就是其中之一。
编辑观点
如今，电脑及其外设更新换代的速度越来越快，而电子垃圾的产生速度也随之提升。据不完全统计，我国每年销售电脑上千万台，废旧电脑的淘汰量大约在500万台以上。一台电脑包含了700多种化学材料，其中半数会对人体健康和生存环境造成危害。例如，板卡、CRT显示器中富含的铅和镉会损害人的神经系统和肾脏；电脑中的塑料如果处理不当会产生含氯的有毒物质，燃烧时可能产生强致癌性的二恶英；此外，电脑中还含有汞、钡、铍、铬、溴化阻燃剂等成分，长期接触也会对人体造成不同程度的伤害。
由于目前我国尚未出台关于电子垃圾回收处理的法规，也缺乏完善的电子垃圾回收管理制度，行业管理职责不明确，致使大量电子垃圾当作普通垃圾被填埋，或在不具备条件的小作坊里拆解、回收，造成严重的环境污染。比如，我国广东的贵屿镇和浙江的台州就是两个电子垃圾的重灾区。
电子垃圾中的有害物质所造成的影响和危害如此巨大，仅仅依靠无害处理并不能完全解决这一问题，而且永远是被动的。要减轻甚至消除电脑对人体和环境的影响，我们需要从产品的设计、制造、运输、使用到报废的整个过程进行通盘考虑。无铅工艺是我们迈出的可喜一步，也表明了人类战胜电子污染的决心。无铅、环保是大势所趋。
使用健康、节能、环保的绿色电脑是我们共同的理想，但真正实现它还有很多工作要做。首先在制造环节方面，许多消除健康和环境危害的技术问题就有待于制造者们去解决；其次，应完善废旧电脑的回收体系，加快环保政策及法律、法规的制定和执行速度；最后，要在整个行业内普及绿色电脑概念，增强消费者的健康和环保意识。
解读RoHS指令
为了规范电子产品的材料及工艺标准，使它更有利于人体健康及环境保护，欧盟议会和欧盟理事会于2003年1月通过了《报废电子电气设备指令》（简称WEEE指令）和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》（简称RoHS指令）。
其中RoHS（Restriction of Use of Hazardous Substances）指令明确规定了铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、六价铬（Cr6+）等四种重金属和多溴苯酚（PBB）及多溴二苯醚（PBDE）等溴化阻燃剂的含量。具体来说，铅、汞、六价铬的含量应低于0.1%；镉的限量标准为0.01%；而两种溴化阻燃剂的限量标准为0.1%。根据RoHS指令法案规定，2006年7月1日之后在欧盟地区销售的电子产品，上述六种有害物质的含量一律不得超标。
由于当前很多电子产品中，铅含量偏高的问题最为突出，因此RoHS指令的重点也是放在电子产品的无铅化这一内容上。所谓“无铅”是指用其他一种或几种对人体无害（或微小可预防）的金属代替工业制造用料中的铅，从而大大减少或避免人们由于使用含铅产品而造成的健康损害。
实施上述指令的目的是以法律手段减少电子产品对环境的负面影响，因此也被称为“绿色指令”。“绿色指令”的出台是人类文明进步的标志，无铅实施表明人类已经开始正视电子废物污染问题，它已成为不可逆转的潮流。
什么是无铅工艺
所谓“无铅”技术，就是使用一种锡、银、铜的合成物来取代铅。不过，从有铅工艺转到无铅工艺是个复杂的过程，它会影响到所有的电子器件供应商，并带来许多供应链、制造工艺和可靠性方面的挑战。
在无铅工艺中，焊接材料的选择是最具挑战性的。因为对于无铅焊接工艺来说，无铅焊料、焊膏、助焊剂等材料的选择是最重要的，也是最困难的。虽然目前还没有一种合金焊料的性能可以达到和含铅焊料一样的水平，但替代者也不少，例如锡-银-铜、锡-铜、锡-银-铜-铋等。美国和欧洲厂商看好锡-银-铜，而日本厂商则倾向于使用锡-银-铜-铋合金。
新的无铅焊料不仅要求提供与锡-铅焊料相似的物理、机械、温度和电气性能，而且要可靠。不同的合金有不同的密度重量，有不同的熔化表面张力、不同的熔点温度和不同的氧化特性（注：大多数无铅合金的熔点约为220°C，这比常用的锡/铅共晶合金的183°C高很多）。
除了焊料外，无铅工艺的变化还体现在器件和PCB上。在PCB方面，符合无铅工艺的PCB在很多细节部分必须重新设计，以忍受更高的回流焊和波峰焊温度。而在器件方面，有两个因素需要考虑：一个是焊接材料的种类和成分，另一个是器件本身的耐热问题。对于前者来说，即使在含铅工艺中，也不是所有的材料都采用含铅金属，例如常用的Ag/Pd、Ni/Au，以及Sn、Ni/Pd、Ni/Au/Cu等都不含铅，它们都可以和一些无铅焊料配合使用。
此外，还有三个问题困扰着我们：第一个是模块器件的一级组装问题。由于这些器件可能在二级组装时要再次经过高温处理，所以必须使用熔点比二级组装焊接温度更高的合金焊料。而目前这方面的研发投入远远不及二级组装技术，而且由于温度更高，对材料的耐热性要求也更高了。第二个问题是在推进无铅工艺的过程中采用哪种焊接方法。比如，对于表面安装元件的焊接，须采用回流焊的方法；对于通孔插装元件，可根据情况选择波峰焊、浸焊或喷焊法来进行焊接。在焊接方法选择好后，焊接工艺的类型就确定了，这时就会面临第三个问题，即根据焊接工艺要求选择焊接设备、相关的工艺控制和工艺检测仪。
小知识：
为了让用户在辨别电子产品是否采用无铅工艺时有个衡量的标准，JEDEC标准JESD97对标志、符号、识别无铅组装的标签、组件和器件都有较为详细的规定，要求在内包装和外包装盒上都要打上标签，明确显示包装内的产品符合RoHS指令。有了这些信息，再加上特殊的部件编号、无铅符号和认证结果，用户就可以容易地判断产品是否采用了无铅工艺。对任何生产商来说，无铅计划的一个主要部分就是弄清楚每个供货商的部件编号和注明的标准。
无铅工艺要面临哪些问题
就目前来看，无铅技术在生产过程中的实施还存在一些困难。第一，在选择无铅焊锡提供商时，如果忽视无铅合金兼容性的问题，可能会造成产品的腐蚀和损坏；第二，由于无铅焊接比传统锡铅焊接温度要高20℃至30℃，高温会使PCB板变形翘起，所以生产用于基站等大型设备的PCB仍很困难；第三，无铅焊接过程中焊脚翘起、锡须和焊点中的空洞等焊接缺陷比锡铅工艺中发生的多，检测变得更加复杂；第四，由于表面张力和黏度的改变使得返工十分困难；第五，焊接过程中的温度、时间和合金成分的确定没有统一的标准。
实施无铅的具体技术问题也是一大难题。从狭义的无铅而言，业内目前认定的无铅焊料在物理化学性能、工艺性能以及可靠性等方面还无法与传统焊料相比。人们对无铅技术的了解和研究还处于探索和实验阶段，离技术成熟还有相当长的路要走。
此外，绿色指令只提出了原则要求，而对如何实现却没有作详细的规定。例如，RoHS规定电子产品中铅不能超过同质材料重量的0.1%，但同质材料如何认定、取样标准及方法等一系列问题都有待细化。其他相关不确定或难以认定的问题还有很多，这些都不是短时间内能解决的。
很多厂商都意识到上述问题的严重性，他们已经开始致力于解决这些问题。毕竟无铅化对电子制造企业来说，是一次技术实力和管理能力的挑战。无论是设备、材料供应商还是生产商，都面临着知识更新和技术变革的压力，能否顺利完成无铅过渡是企业能否生存发展的分水岭。
小知识：有铅工艺
长期以来，含铅焊料与铅合金涂覆工艺在电子产品制造中被广泛应用，尤其是Sn-Pb（锡-铅）共晶焊料凭借其使用方便、焊接稳定、价格合理的优势成为实用的低温合金，从古罗马时代开始直到当今高密度的电子组装，一直担任着最适宜的角色。比如，PCB表面要喷铅，芯片、电容等元件焊接时所用的锡膏中都含有铅。
结语
欧盟的RoHS指令将于2006年7月1日起开始实施，而日本、美国也都相继制定了自己的环保法规。我国也在2005年1月公布了中国版RoHS指令，它与欧盟版RoHS内容大体相同，不同之处在于所限制的设备种类要少一些，该指令将于2006年7月1日起实施。
随着国内行业标准的提升与RoHS规范的实施，目前国内已经有不少显示器厂商开始行动起来，将无铅液晶的生产提上了议事日程。有消息称，AOC和明基将在近期内完成向无铅工艺生产的转换，而技嘉、VIA、美齐等厂商也已经推出采用无铅工艺的电子产品。我们相信，随着社会经济的发展，电子无铅化焊料的研究和实践必将不断深入和完善，采用无铅装配已成为电子封装产业的全球性潮流。
编后：采用无铅工艺的电子产品很快就要和我们见面了。小编就大家关心的问题特地咨询了威盛中国区业务部-PC系统平台资深产品经理林东海先生。
问：无铅工艺对产品制造成本有无影响？消费者需要为此买单吗？
林：基本上到目前为止，芯片改为无铅后，价格是一样的。至于其他配件（比如主板），我个人认为会有一些价格差别，但这个差别在生产商或通路商那里就已经消化了。也就是说改为无铅后产品最终售价不太需要提高，应该不会影响到消费者。
问：无铅工艺预计在什么时候能够普及？
林：以VIA来说，已经迅速开始转为无铅芯片组，仅有小部分是有铅的（因为一些小板卡厂商的过渡期稍长）。从目前情况来看，大部分芯片组制造商将在今年第二季度或稍晚一些完成无铅工艺的转换。相应地，板卡厂商也会同步推出采用无铅工艺的新产品。